älyvaatteet

Puettavan antennin matematiikkaa

Ma, 01/19/2015 - 18:11 By Toimitus
Pelastuskäyttöön suunniteltu kangasantenni

Suomessa, etenkin Tampereella, on kehitetty jo pitkään kangasantenneja, jotka voidaan asentaa vaikkapa vaatteisiin. Ne voidaan pestä, niitä voidaan tavutella ja ne toimivat silti kuin oikeat, kiinteät antennit. 

Perinteisesti sovelluskohteina ovat olleet esimerkiksi pelastuspuvut, mutta älykkään tekstiiliantennin käyttökohteita on laajennettu sittemmin kattamaan kaikenlaisia älyvaatteita mm. viihde- ja urheilukäytössä sekä lääketieteessä. Puettavan elektroniikan ottaessa nyt pitkiä loikkia eteenäin voivat myös "tavalliset" ihmiset päästä käyttämään lähitulevaisuudessa tätä teknologiaa. Materiaalien kehittyminen ja elektroniikan halpeneminen kiihdyttää osaltaan tätä kehitystä. 

Nyt kyse on siitä, että sähköä johtavista kankaista ja langoista tehdään antennien sijaan ja lisäksi älyvaatteita, jotka keskustelevat käyttäjänsä kanssa, keräävät tietoa ympäristöstä ja ryhtyvät tarvittaessa toimenpiteisiin.

Microsoftin Tampere HW Antenna & EMC -yksikössä tutkijana työskentelevän diplomi-insinööri Karoliina Kosken ensi perjantaina Tampereen teknlillisessä yliopistossa tarkastettava väitöstyö tarjoaa mallinnustyökaluja puettavien langattomien antennien radiotaajuussuorituskyvyn laskentaan. 

"Keveytensä ja taipuisuutensa ansiosta puettava elektroniikka on varsin huomaamatonta ja soveltuu siten mainiosti ihmisten arkikäyttöön", kertoo Koski. "Tämä voisi johtaa tulevaisuudessa esimerkiksi tehokkaampaan ja räätälöityyn terveydenhuoltoon".

Vaatteisiin integroidut sensorit kykenevät mittaamaan ja tulkitsemaan ihmisen fysiologisia ja biologisia signaaleja, kuten sydänsähkökäyrää. Älyvaate voi olla yhteydessä tietoverkkoon erilaisten puettavien antennien avulla, jotka vastaavat siitä, että tieto biosignaalista välittyy luotettavasti ja tehokkaasti tarkoitettuun kohteeseen. 

Tällaisille löytyisi runsaasti sovelluskohteita esimerkiksi sairaaloista.

Puettavien sähköä johtavien tekstiilien radiotaajuusominaisuuksista on kuitenkin vielä rajallisesti tietoa. Koski tutki väitöstyössään ommeltujen langattomien antennien radiotaajuuskarakterisointiin soveltuvia mallinnusmenetelmiä sekä radiotaajuussuunnittelua. Hänen väitöstyönsä tulokset tarjoavat suunnittelutehtävissä toimiville insinööreille uudenlaisia ja entistä tehokkaampia mallinnustyökaluja puettavien langattomien antennien radiotaajuussuorituskyvyn laskentaan. Väitöstyö tarkastelee mallien vahvuuksia ja heikkouksia simulaatioiden ja mittausten avulla. 

Kosken mukaan luotettavilla mallinnustyökaluilla voidaan ennustaa puettavien antennien suorituskykyä ja toteuttamiskelpoisuutta erilaisissa sovelluksissa. 

"Antennien suunnitteluvaiheessa tulee huomioida puettavien tekstiilien lisäksi myös ihmiskehon vaikutus antennin radiotaajuustoimintaan, jotta voidaan saavuttaa riittävä suorituskyky."

Näin matematiikan avulla voidaan paitsi mallintaa sitä, miten ihmiskeho vaikuttaa radiotaajuuksiin, niin myös hahmottaa sellaista, mitä on varsin hankalaa ja aikaaviepää mitata luonnossa.

-

Diplomi-insinööri Karoliina Koski elektroniikan alaan kuuluva väitöskirja "Characterization and Design Methodologies for Wearable Passive UHF RFID Tag Antennas for Wireless Body-Centric Systems" tarkastetaan TTY:n tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa perjantaina 23.1.2015.

Otsikkokuvassa on pelastuskäyttöön suunniteltu kangasantenni, joka edustaa jo noin viisi vuotta vanhaa tekniikkaa.

Juttu perustuu TTY:n lähettämään tiedotteeseen Mallinnustyökaluja puettavan antennin suorituskyvyn ennustamiseen.

Kuudes aisti hämähäkkimiehen asulla

La, 03/09/2013 - 11:45 By Toimitus
Spiderman3

Haluaistiko olla kuin hämähäkkimies? Pue erikoistrikoot päälle ja saat yli-inhimillisiä kykyjä!

Toistaiseksi et pääse pomppimaan seinillä tai heittämään tahmeaa verkkoa satojen metrien päähän, mutta erikoispuku antaa sinulle silmät niskaan ja auttaa tuntemaan mitä ympärilläsi tapahtuu.

Chicagossa sijaitsevan Illinoisin yliopiston tutkija Victor Mateevitsi on kehittänyt erikoisasusteen, joka tarkkailee koko ajan ultraääniä kuuntelevien mikrofonien ja tietokoneen avulla ympäristöäsi ja pystyy havaitsemaan lähestyvät esineet ja kohteet. Tieto lähestyvästä mahdollisesta vaarasta välitetään tiukan vaatteen avulla; se reagoi sähkösignaaliin ja puristaa siitä suunnasta mistä kohde on lähestymässä voimalla, joka vastaa lähestymisnopeutta.

Mateevitsi on testannut pukuaan peitetyin silmin ja saanut hyvin lupaavia tuloksia. Tarkoituksena on kehittää tekniikkaa juuri huonosti näkeviä auttamaan, sillä puku (todennäköisesti "normaalien" vaatteiden alla pidettynä) auttaisi heikosti ympäristöään hahmottavia ihmisiä tuntemaan mahdolliset vaaralliset paikat ja esineet. Myös pimeässä työskenteleville tai vaikkapa savun keskellä oleville palomiehille puvusta olisi suurta hyötyä.

Menetelmää voidaan käyttää myös muunlaisen tiedon välittämiseen paineena suoraan iholle. Esimerkiksi radioaktiivisen säteilyn voimakkuus ja suunta voidaan välittää tuntoaistin kautta ydinvoimalatyömaalla työskenteleville. Hävittäjälentäjät voisivat tuntea konettaan lähestyvän ohjuksen, ja niin edelleen – sovelluksia on runsaasti.

Testipuvussa on 11 mikrofonia, jotka pystyvät tutkan tapaan havaitsemaan ympäristöä joka puolella käyttäjän ympärillä. Mikrofonien yhteydessä on myös pieni servomoottori, joka puristaa käyttäjän ihoa pienen työntötangon avulla sitä voimakkaammin, mitä lähempänä mikrofoni havaitsee kohteen kysesestä suunnasta olevan. Tieto mikrofoniyksiköistä käsitellään Arduino Mega -korttiin perustuvalla pientietokoneella.

Nyt puvussa on johdot mikrofoni yksiköiden ja tietokoneen välillä, mutta myöhemmissä tuotantoon tulevissa versioissa ne voidaan korvata langattomilla Bluetooth-yhteyksillä. Servomoottorien sijalla voi olla myös sähkösignaaliin kutsutumalla reagoiva kangas (yksityiskohta aktuaattorista viereisessä kuvassa). Testipuvun hinta on Mateevitsin mukaan noin 500 dollaria.

Pukua ja sen tekniikkaa esiteltiin eilen perjantaina Stuttgartissa, Saksassa, pidetyssä Augmented Human '13 -konfrenssissa. Mateevitsin lisäksi SpiderSense -projektissa ovat mukana Brad Haggadone, Jason Leigh, Brian Kunzer ja Robert Kenyon Illinoisin yliopiston Elektronisen visualisoinnin laboratoriosta.

Otsikkokuvassa on Tobey Maguire SpiderMan 3 -elokuvassa. Kuva: Columbia Pictures. Muut kuvat Lance Long ja Victor Mateevitsi.