Фундаментальный прорыв в разработке эластичного индуктора, достигнутый исследователями из Китайского университета науки и технологий, решает важнейшую проблему в области умных носимых устройств: сохранение стабильной индуктивной характеристики во время движения. Работа, опубликованная в журнале Materials Today Physics, устанавливает соотношение сторон (AR) как решающий параметр для управления индуктивным откликом на механическую деформацию.
Оптимизировав значения AR, команда разработала планарные катушки, обеспечивающие практически инвариантность к деформации, демонстрируя изменение индуктивности менее 1% при удлинении 50%. Такая стабильность обеспечивает надежную беспроводную передачу энергии (WPT) и связь по NFC в динамических носимых устройствах. Кроме того, конфигурации с высоким AR (AR>10) функционируют как сверхчувствительные датчики деформации с разрешением 0,01%, идеально подходящие для точного физиологического мониторинга.
Реализована двухрежимная функциональность:
1. Бескомпромиссная мощность и передача данных: катушки с низким коэффициентом сопротивления (AR = 1,2) демонстрируют исключительную стабильность, ограничивая дрейф частоты в LC-генераторах всего 0,3% при 50% деформации, что значительно превосходит показатели традиционных конструкций. Это обеспечивает стабильную эффективность беспроводной передачи данных (>85% на расстоянии 3 см) и надёжность сигналов NFC (флуктуации <2 дБ), что критически важно для медицинских имплантатов и постоянно подключенных носимых устройств.
2. Клиническое качество измерений: катушки с высоким коэффициентом отражения (AR = 10,5) служат точными датчиками с минимальной перекрёстной чувствительностью к температуре (25–45 °C) или давлению. Интегрированные матрицы позволяют отслеживать в режиме реального времени сложную биомеханику, включая кинематику пальцев, силу сжатия (разрешение 0,1 Н) и раннее выявление патологического тремора (например, болезни Паркинсона при частоте 4–7 Гц).
Системная интеграция и влияние:
Эти программируемые индукторы решают историческую проблему компромисса между стабильностью и чувствительностью в эластичной электронике. Их взаимодействие с миниатюрными модулями беспроводной зарядки стандарта Qi и передовыми системами защиты цепей (например, самовосстанавливающимися предохранителями, микросхемами eFuse) оптимизирует эффективность (>75%) и безопасность в компактных носимых зарядных устройствах. Эта платформа, основанная на дополненной реальности, предоставляет универсальную методологию проектирования для встраивания надежных индуктивных систем в эластичные подложки.
Путь вперед:
В сочетании с новыми технологиями, такими как трибоэлектрические наногенераторы с собственной эластичностью, эти катушки ускоряют разработку автономных носимых устройств медицинского назначения. Такие платформы обещают непрерывный, высокоточный физиологический мониторинг в сочетании с надежной беспроводной связью, устраняя зависимость от жестких компонентов. Сроки внедрения современных интеллектуальных текстильных изделий, интерфейсов дополненной и виртуальной реальности и систем контроля хронических заболеваний существенно сокращаются.
«Эта работа переводит носимую электронику с компромиссного подхода на синергетический», — заявил ведущий исследователь. «Теперь мы одновременно достигаем лабораторного уровня сенсорики и военного уровня надёжности на платформах, полностью соответствующих телу».
Время публикации: 26 июня 2025 г.