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新的智能纹身应对皮肤计算的技术挑战

多年来,个人计算变得更小、更私密——从台式电脑到笔记本电脑,再到智能手机和平板电脑,再到智能手表和智能眼镜。但下一代可穿戴计算技术——用于健康和保健、社交互动和无数其他应用——将比手表或眼镜更贴近佩戴者:它将贴在皮肤上。

皮肤上的界面——有时被称为“智能纹身”——有可能超越当前可穿戴技术的传感能力,但结合舒适性和耐用性已被证明具有挑战性。现在,康奈尔大学HybridBodyLab的成员提出了一种可靠的、贴身的界面,该界面易于安装和拆卸,可用于从健康监测到时尚的多种用途。

博士生和实验室成员Pin-SungKu是“SkinKit:用于皮肤界面原型设计的构建工具包”的主要作者,该论文于9月在计算机协会关于普适和无处不在计算的国际联合会议UbiComp'22上发表。

“我们多年来一直在努力,我认为我们终于解决了很多技术挑战,”人类生态学院以人为本的设计助理教授Cindy(Hsin-Liu)Kao说,和该研究的资深作者。“我们想为智能纹身创建一种模块化方法,让它们像拼搭乐高积木一样简单。”

SkinKit——一种即插即用系统,旨在“降低进入皮肤界面的门槛”,Kao说,对于那些技术专业知识很少或没有的人来说——是无数小时开发、测试和再开发的产物,她说。

Kao的实验室通常也非常注意文化差异,她认为将这些设备带给不同的人群很重要。

“来自不同文化、背景和种族的人对这些设备可能有非常不同的看法,”她说。“我们认为让更多人有发言权来表达他们想要这些智能纹身做什么实际上非常重要。”

制造是用临时纹身纸、有机硅纺织稳定剂和水完成的,形成了一种被该组织称为“皮肤布”的多层薄膜结构。分层材料可以切割成所需的形状——在他们的研究中,研究人员使用了四分之三英寸的正方形,带有男女切割线,因此可以将这些碎片镶嵌在一起(连接在一起)——并配备小型柔性印刷电路板模块执行一系列任务。

“起点是找到合适的外形尺寸,然后使其可扩展,”Ku说。“我们扩展它的方式是通过镶嵌图案。因此,用户可以设计电路,然后通过将多个模块组合在一起来定制布局。”

Ku说,他们设计的好处之一是可重用性组件。

“佩戴者可以轻松地将它们连接在一起,也可以将它们分开,”他说。“假设今天您想将其中一个传感器用于某些目的,但明天您希望将其用于不同的用途。您可以轻松地将它们拆下并重复使用其中的一些模块,从而在几分钟内制造出新设备。”

为了测试SkinKit,研究人员首先招募了9名具有STEM和设计背景的参与者来构建和佩戴这些设备。他们从90分钟的研讨会中获得的意见有助于进一步修改,该小组在进行为期两天的大型研究之前进行了修改,该研究涉及25名具有STEM和设计背景的参与者。

由25名研究参与者设计的设备涉及:健康和保健,包括用于检测因COVID-19引起的发烧的温度传感器;人身安全,包括在大流行期间帮助佩戴者保持社交距离的设备;通知,包括跑步者可以佩戴的臂戴式设备,当车辆靠近时会振动;和辅助技术,例如用于盲人的腕戴式传感器,当佩戴者即将撞到物体时,它会振动。

其他应用用于社交、时尚和运动训练目的。

Kao说,包括Ku在内的她实验室的成员在夏天参加了4-H职业探索会议,并让来自纽约州北部的大约10名中学生构建了自己的SkinKit设备。

“我认为它向我们展示了STEM学习的巨大潜力,尤其是能够吸引那些原本可能对STEM不感兴趣的人,”高说。“但通过将它与人体艺术和时尚相结合,我认为它有很大的潜力吸引下一代和更广泛的人群探索智能纹身的未来。”

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