為紅牛定制足部壓力圖
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蓬勃發(fā)展的可穿戴技術(shù)市場(chǎng)正迅速被健身樂(lè)隊(duì)、智能手表和智能耳機(jī)所淹沒(méi)。這些設(shè)備可以收集關(guān)于你的各種信息，從你的步數(shù)到心率，再到你的睡眠時(shí)間。
對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間接觸身體的可穿戴設(shè)備，在特定位置施加的壓力大小是首要考慮因素。太多和設(shè)備是不舒服的，但太少和讀數(shù)可能變得不準(zhǔn)確。然而，測(cè)量壓力可能很困難，因?yàn)榇蠖鄶?shù)人對(duì)壓力的變化往往比恒定載荷更敏感。隨著設(shè)計(jì)越來(lái)越先進(jìn)，他們采用的傳感器技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)。
職業(yè)體育
毫不奇怪，可穿戴設(shè)備越來(lái)越受運(yùn)動(dòng)員和體育科學(xué)家的歡迎，試圖獲得性能優(yōu)勢(shì)。布蘭登·拉森是紅牛高性能團(tuán)隊(duì)的技術(shù)專家，他在這一領(lǐng)域有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，并領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)項(xiàng)目，收集數(shù)據(jù)，為幾位精英沖浪者提供洞察。
最初的研究集中在確定沖浪者的腳的壓力是如何轉(zhuǎn)移到?jīng)_浪板來(lái)控制它的。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，高分辨率的壓力圖與“戰(zhàn)靴”鞋墊內(nèi)的傳感器結(jié)合使用。捕捉整個(gè)腳底壓力的細(xì)微變化證明是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)楹＠说牟粩鄾_擊加上沖浪者的腳所施加的各種力。
更重要的是，壓力測(cè)繪傳感器系統(tǒng)和相應(yīng)的電子設(shè)備將需要承受水、腐蝕、高濕度和一系列溫度。在考慮選擇時(shí)，拉森選擇了電容傳感技術(shù)，該技術(shù)最近比電阻式傳感器有許多優(yōu)點(diǎn)。這包括更高的穩(wěn)定性、可重復(fù)性和耐久性，以及能夠精確測(cè)量極低水平的壓力。此外，傳感器不受濕度的影響。
拉森最終選擇了壓力剖面系統(tǒng)（PPS）的電容式觸覺(jué)傳感系統(tǒng)。電容式觸覺(jué)傳感器采用可壓縮介質(zhì)結(jié)構(gòu)隔開(kāi)的兩個(gè)電極，當(dāng)施加壓力時(shí)，間隙減小，電容增大。與電阻技術(shù)不同，這兩個(gè)電極從不接觸。因此，電容式傳感器即使承受多個(gè)重復(fù)荷載，也不易磨損或失效。
使用電容式傳感器，壓力可以通過(guò)精密的陣列來(lái)測(cè)量，這些陣列可以測(cè)量數(shù)千個(gè)力點(diǎn)，然后用來(lái)創(chuàng)建高分辨率的“力地圖”。然后，與此相結(jié)合，微型力傳感器測(cè)量離散點(diǎn)的壓力，以幫助和關(guān)聯(lián)壓力數(shù)據(jù)。
聚苯硫醚傳感器不需要手指或觸筆與單個(gè)電極相互作用。相反，兩個(gè)電極被一個(gè)專有的可壓縮介質(zhì)矩陣隔開(kāi)，就像彈簧一樣。
為了構(gòu)建其觸覺(jué)陣列傳感器，PPS將電極布置成正交的重疊條。在電極重疊的每個(gè)點(diǎn)形成一個(gè)不同的電容器。通過(guò)有選擇地掃描一行和一列，測(cè)量該位置的電容，從而測(cè)量局部壓力。
向上沖浪
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于水對(duì)信號(hào)的干擾，決定了車載無(wú)線數(shù)據(jù)采集的難度太大。部署的系統(tǒng)稱為T(mén)actArray傳感器，具有多達(dá)8192個(gè)集成傳感元件，能夠測(cè)量0.01 psi到700 psi的壓力。
然而，它們不防水，所以公司提供了護(hù)套，以保護(hù)觸覺(jué)陣列。在這里，雙方的工程師還合作為數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)創(chuàng)建了一個(gè)小型的3D打印防水外殼。為了便于安置住房，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一個(gè)定制口袋正好低于踝關(guān)節(jié)的彎曲點(diǎn)，這樣它就不會(huì)干擾沖浪者的技術(shù)。
PPS傳感器系統(tǒng)由紅牛贊助沖浪者在墨西哥的沖浪科學(xué)技術(shù)營(yíng)進(jìn)行測(cè)試。該系統(tǒng)成功地捕捉并存儲(chǔ)了數(shù)小時(shí)的沖浪數(shù)據(jù)，為世界級(jí)精英沖浪者如何用腳控制沖浪板提供了獨(dú)特的視角。
拉森設(shè)想下一步是在沖浪板的甲板上嵌入觸覺(jué)陣列傳感器，以收集腳的壓力分布和位置。到目前為止，沖浪者的腳的位置只能通過(guò)視頻進(jìn)行視覺(jué)評(píng)估。
紅牛高性能團(tuán)隊(duì)為該技術(shù)考慮的其他應(yīng)用包括將其融入到翼裝中，以更好地了解空氣動(dòng)力皮膚上的氣流和氣壓分布；山地自行車賽車手套或手柄，以確定抓地力和制動(dòng)時(shí)間和硬度；在滑板的甲板上確定壓力紅牛高性能團(tuán)隊(duì)為該技術(shù)考慮的其他應(yīng)用包括將其融入到翼裝中，以更好地了解空氣動(dòng)力皮膚上的氣流和氣壓分布；山地自行車賽車手套或手柄，以確定抓地力和制動(dòng)時(shí)間和硬度；以及在滑板的甲板上，確定滑冰者在執(zhí)行特定的技巧和動(dòng)作時(shí)的壓力分布。
拉爾森說(shuō)：“能夠在這些應(yīng)用程序中看到壓力信號(hào)是一個(gè)改變游戲規(guī)則的工具。”。
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然而，電容式觸覺(jué)傳感器也有缺點(diǎn)。與電阻式傳感器一樣，可能存在與之相關(guān)的長(zhǎng)期負(fù)載問(wèn)題。由于它們通常采用硅橡膠彈性材料設(shè)計(jì)，因此材料可能會(huì)蠕變。這會(huì)導(dǎo)致傳感器輸出在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生輕微變化。在要求稱重傳感器金屬屈肌穩(wěn)定性的應(yīng)用中，可用于提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
由于其復(fù)雜的陣列結(jié)構(gòu)，它們也不是最快的。延遲不太可能對(duì)大多數(shù)應(yīng)用程序產(chǎn)生影響，尤其是對(duì)可穿戴設(shè)備，盡管您可能不想使用它觸發(fā)安全氣囊等。雖然電容式觸覺(jué)傳感器的成本在過(guò)去幾年中有所下降，但電阻式傳感器的成本仍然大大降低。
