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    專題欄目:ARVRMR虛擬現實

    用于虛擬現實和增強現實應用的紡織電子產品

    紡織電子產品處理具有電子功能的纖維或纖維組件,以產生,傳輸,調制和檢測電子。交互式紡織電子設備可能會為虛擬現實(VR)/增強現實(AR)應用程序提供合適的平臺,這是因為它們的出色性能以及獨特的沉浸式功能(例如,即使在高變形下也具有輕巧,方便,靈活,舒適和低應變的特性)。本文對交互式設備,制造技術,系統集成,有前途的應用以及基于紡織品的VR / AR系統所涉及的挑戰的最新技術文獻進行了系統的回顧。

    虛擬現實(VR)和增強現實(AR)是目前最熱門的多學科技術趨勢,它們融合了計算機,各種傳感器,圖形圖像,通信,測量和控制多媒體,人工智能以及其他技術。

    VR通常使用行為界面和計算機程序來允許用戶彼此交互,并在虛擬環境中模擬3D對象的行為。VR意味著完全的沉浸式體驗,將現實世界拒之門外。相比之下,AR通常通過使用智能手機上的相機將數字元素添加到實時取景中。增強現實體驗的示例包括Snapchat鏡頭,游戲《 Pokemon Go》和將路線疊加在道路實時視圖上的導航系統。雖然AR可以在智能手機和其他顯示器等現有顯示屏上運行,但大多數人將VR與或多或少的笨重的頭戴式顯示器相關聯。

    流行的VR耳機的示例。

    這意味著目前模仿人類的感覺系統通常僅限于音頻和視頻通道,并且需要笨拙而僵硬的設備。而交互式紡織電子設備將因其出色的性能和獨特的沉浸特性(如輕巧,輕巧,靈活,舒適,變形?。┒鵀閂R / AR應用提供合適的平臺。

    基于紡織品的系統在新興的VR / AR應用程序中提供了比其他聽覺和視覺交互更好的體驗,涉及其他感官交互。此外,紡織設備使可穿戴式VR / AR系統更小,更柔軟,更舒適,從而擴大了VR / AR應用的范圍。諸如碳納米管和金屬納米線之類的固有導電納米材料以及諸如摩擦電納米發生器之類的納米級器件是開發這些電子紡織品的關鍵。

    香港理工大學的研究人員 在《Advanced Functional Materials》("用于VR / AR應用的紡織電子產品")(("Textile Electronics for VR/AR Applications")中發表了一篇評論文章,其中介紹了基于紡織品的最新VR / AR設備,系統和應用。

    作者首先介紹了紡織電子(電子紡織)領域,包括其定義,分類,制造技術和系統架構。

    本征導電納米材料。

    除致動器和電極外,電子紡織的重要組成部分是傳感器,用于檢測物理和化學刺激,以獲取有關環境的大量信息作為交互的基礎??紤]到紡織品的特性,紡織品形式的傳感器可以是柔性的,耐用的,生物相容的和輕便的。這些傳感器可以在VR / AR系統中用作應變,壓力,溫度,氣體,氣味和多功能傳感器。

    例如,應變傳感器可以將機械運動轉換成電信號,以監視大型和小型運動。這些可能會在醫療保健,體育和機器人行業中找到應用。

    感覺刺激為人們提供了對世界的連貫感知。紡織電子設備是一個絕佳的平臺,使人們可以同時體驗音頻,視頻,觸覺,多模式感覺輸入以及在圖形渲染的對象或環境中移動。感知設備將虛擬世界中的各種感知模型轉換為多通道刺激(例如,觸覺,視覺和聽覺信號)以進行檢測。

    紡織品傳感器的例子。

    在討論了電子紡織之后,作者隨后介紹了VR / AR系統中使用的交互式紡織設備。接下來是各種制造過程的介紹,并檢查與交互式紡織設備,電子接口,電源和顯示硬件集成在一起的某些VR / AR系統。

    為了制造具有先進電氣和紡織特性的不同紡織電子產品,研究人員探索了不同的制造方法。

    這些技術通??梢苑譃閮深悾何锢矸椒ê突瘜W方法。

    前者包括紡絲,印刷,涂布和物理氣相沉積。該印刷方法具有低溫,無真空操作,生產成本低,具有大規模生產潛力以及與材料的廣泛相容性的優點。

    化學技術涉及化學反應,可通過添加化學藥品或控制基材的化學成分來修飾導電材料的紡織品表面。常見的化學制造方法包括電鍍,化學氣相沉積(CVD)和碳化。

    VR和AR系統的所有組件(顯示單元,控制器,模數轉換器,無線模塊,傳感單元和顯示器)的關鍵部件之一,也是使設備真正可穿戴的重大挑戰,也是使設備真正可穿戴的重大挑戰。計算單元。

    這些組件中的每一個都可以單獨工作,也可以通過無線/有線通信技術與其他組件一起工作。它們還可以分別供電,因為它們需要不同級別的功耗。因此,柔性電池和超級電容器適用于諸如顯示器之類的高功耗設備,而基于織物的摩擦發電機則是有希望應用于自供電傳感和能量收集的系統。

    例如,去年的研究人員展示了一種基于全紡織物摩擦傳感器的智能手套,該手套能夠捕獲人類手勢以遠程控制VR,從而實現了遙控機器人抓手(Journal of Materials Chemistry A,"一種全紡織物摩擦傳感器,用于可穿戴式遙控人機交互")。

    姿勢和步態跟蹤設備。a)集成在手套中用于虛擬界面控制的多峰光纖型傳感器的圖像。b)對不同外部刺激的響應的傳感器測量。c)在游戲中應用的智能手套的照片和虛擬圖像。d)傳感器的電容式觸摸值。e)在玩游戲中使用的電容式觸摸傳感器。

    技術總結:

    盡管VR / AR系統還不能完全在紡織品結構中制造,但作者認為采用某些發達的紡織品電子設備可以提供進一步的用戶友好型沉浸式VR / AR體驗。

    當今紡織電子VR / AR系統發展的主要障礙是性能不足,生產技術不成熟以及缺乏系統級調查和標準。另外,紡織電子產品的總壽命比剛性微電子設備的壽命短,并且許多由有機或聚合物功能材料制成的紡織電子產品對水和氧氣敏感,并且紡織品的洗滌過程會導致功能惡化。

    正如這類早期技術的典型情況一樣,大多數紡織電子設備的實驗都是在實驗室或研究階段進行的,到目前為止,只有極少數的紡織電子產品實現了商業化,因為許多設備都是使用實驗室型手動技術而不是工廠制造出來的。

    來源: 3xmaker合越智能

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