ウェアラブル技術における快適性と圧力の測定

消費者は、フィット感という観点からだけではなく、機能的観点からも、ますます多くの服を求めています。結局のところ、快適さは、誰かが製品を好むかどうかを決定するのに役割を果たします。

現在、フォームとフィットの問題は、従来のアパレルをはるかに超えて、ブラ、グローブ、シェイプウェア、コンプレッションストッキング、おむつ、眼鏡などのより専門的なアイテムにまで拡大しており、フィットネスバンド、スマートウォッチ、バイオメトリックを収集するヘッドフォンを備えたウェアラブルテクノロジー市場が急成長しています。情報を提供したり、モバイルデバイスとやり取りしたりします。

非常に多くの危機に瀕しているウェアラブルメーカーは、製品設計を最適化し、最も市場シェアを獲得する快適さとフィット感を生み出すために、高度な圧力マッピング研究にますます投資しています。

圧力の測定

身体と長時間接触しているウェアラブル、または特に敏感な領域と接触するウェアラブルの場合、特定のポイントに加えられる圧力の量が主な考慮事項です。ただし、ほとんどの人は一般に静圧を決定するのに苦労しているため、圧力の量を測定することは難しい場合があります。つまり、人体は一定の負荷よりも変化する圧力に敏感になる傾向があります。代わりに、静電容量センサーテクノロジーをテストと開発に統合することで、ウェアラブルメーカーは、フィット感と機能を最適化するために、デザインを着用したときにユーザーが感じる圧力の量をキャプチャして定量化できます。

静電容量式触覚センサー技術

静電容量式触覚センサーは、圧縮性誘電体構造によって分離された2つの電極を含みます。圧力を加えると、ギャップが減少し、静電容量が増加します。抵抗膜技術とは異なり、2つの電極が接触することはありません。その結果、静電容量センサーは、複数の繰り返し負荷がかかった場合でも、摩耗や故障の影響を受けにくくなります。

静電容量センサー技術には、再現性と耐久性の点で優れた安定性や、非常に低いレベルの圧力を正確に測定できるなど、抵抗膜に比べていくつかの追加の利点があります。これは、衣服のフィット感が微妙で低レベルの圧力を伴う可能性がある場合に重要な考慮事項になる可能性があります。静電容量センサーを使用すると、数千の力のポイントを測定して高解像度のマップを作成する高度なアレイと、目立たないポイントの圧力を測定する小型の力センサーを使用して、圧力を測定できます。

ウェアラブルを開発する際の主な課題の1つは、もちろん人体が平らではないことです。輪郭と曲線があり、そのような目的で使用されるセンサーは、正確な圧力測定を提供しながら、曲面に適合している必要があります。幸いなことに、主要なセンサーメーカーの触覚アレイオプションは、さまざまな柔らかく、柔軟性があり、順応性のある材料と統合できます。研究目的では、センサーをマネキンに埋め込んだり、衣服とマネキンまたは人間のテスターの間にあるストラップに縫い付けたりすることができます。

たとえば、適切なフィット感が重要な領域であるブラを考えてみましょう。触覚圧力センサーを備えたマネキンは、ブラのデザインを改善することを目指す企業にとっての解決になる可能性があります。

触覚圧力検知技術のもう1つの論理的な用途は、着用者の外観を変更し、表面上は改善するような方法で体のさまざまな部分を保持するように設計されたシェイプウェア、衣服です。圧力を定量化することは、過度に収縮することなく目的の効果を生み出すために適切な場所でょうど十分にタイトなシェイプウェアを作成するための重要な要素です。

触覚圧力センサー技術は、深部静脈血栓症の治療と予防を目的とした圧迫ストッキングなどの医療用途のある衣服の開発にも役立つ可能性があります。この合併症は、下肢とふくらはぎに深刻な血栓が形成されることがよくあります。ヘッドフォンやその他のヘッドギアは、圧力マッピングの恩恵を受けることができる他の潜在的なアプリケーションです。

ヘッドギアの場合、快適さは機能性と同じくらい重要です。ノイズキャンセリングヘッドホンのブランドごとのノイズ減衰の違いを識別するのは難しい場合があるため、快適さとフィット感は、購入するものを決定する上で重要な役割を果たす可能性があります。

プロスポーツ

プロスポーツでは、ウェアラブルテクノロジーは、アスリートのモニタリングやリアルタイムのパフォーマンスフィードバックにも応用できます。エネルギードリンク会社のレッドブルでは、スポーツ研究の限界がレッドブルハイパフォーマンスグループを通じて押し進めれています。このグループは、レッドブルのスポンサー付きアスリートのコミュニティや科学者のコミュニティと協力して、エリートパフォーマンスの特徴と特性を調査し、人間の潜在能力の真の能力についての集合的な理解を広げるように設計された研究を行っています。

「1つのアプローチは、最先端のテクノロジーを利用して、地球上で最も優れたアスリートから情報を収集し、パフォーマンスに関する洞察を得るだけでなく、知識の核をより広いコミュニティに適応させて、すべての人の生活をより良くすることです」とブランドンラーソンは言います。、RedBull高性能の技術者。 Larsonは、NASAおよびボーイング社での研究開発の経験を持つ機械エンジニアです。

Larsonは、サーフィン中にデータを収集するテクノロジーを進歩させて洞察を提供し、パフォーマンスの向上を探求するように設計されたSurfScienceプロジェクトを主導しました。最初の研究は、サーファーの足圧力がサーフボードにどのように伝達されてそれを制御するかを決定することに焦点が当てられていました。この目標を達成するには、サーフブーツの中敷きのセンサーを利用した高解像度の圧力マッピングが必要になります。

ただし、足の圧力情報を取得することは、さまざまな力が加えられることに加えて、インソールに絶え間ないドキドキとストレスがかかるため、カジュアルシューズでも困難な作業です。厳しい要件に加えて、サーフィンアプリケーションは、湿った、腐食性の、高湿度の環境とさまざまな温度に耐えることができる圧力マッピングセンサーと電子機器を設計することを意味しました。

水によって引き起こされる信号の干渉のため、機内の無線データ取得も問題外でした。市場で利用可能なオプションを注意深く検討した後、Larsonは静電容量式触覚センシングソリューションを提供する世界的リーダーであるPressure Profile Systems（PPS）にアプローチしました。

PPSセンサーは、単一の電極と相互作用するために指またはスタイラスを必要とする従来の静電容量式設計とは異なります。代わりに、センサーは、ばねのように機能する独自の圧縮性誘電体マトリックスによって分離された2つの内蔵電極で設計されています。

触覚アレイセンサを構築するために、PPSは、電極を直交して重なり合うストリップとして配置する。電極が重なる各点に別個のコンデンサが形成される。単一の行および列を選択的に走査することによって、その位置での静電容量、したがって局所圧力が測定される。

TactArrayセンサーは、 0.01 psiから700 psiまでの圧力を測定しながら、最大8,192個の統合されたセンシング要素を備えています。

アレイを必要としないアプリケーション向けに、PPSは、1グラムという低いレベルで力を確実に定量化できる新しい単一要素のウェアラブルSingleTact力センサーを開発しました。適合性のために伸縮性のある導電性布材料で構築され20 mmウェアラブルSingleTact力センサーは、柔らかく、伸縮性があり、データ品質を損なうことなく複数の曲面に適合しているため、人間に使用できます。

ウェアラブルSingleTactセンサーは、アナログ出力を備えたインターフェースボードを備えた完全なターンキーソリューションとして提供されます。オープンソースのArduinoとDAQソフトウェアは、センサーを開発したり、製品やプロジェクトに統合したりする設計者も利用できます。

質の高い圧力データを維持しながらサーフィンの厳しい要件を満たすために、PPSはRed Bullのエンジニアと協力し、複数の設計を繰り返しました。

大多数の静電容量式タッチセンサーとは異なり、PPSセンサーは湿度の影響を受けません。ただし、防水ではないため、触覚アレイを保護するためのシースを提供しました。

両側のエンジニアも協力して、データ取得コンピューター用の小さな3 Dプリントの防水ハウジングを作成しました。ハウジングの配置を容易にするために、Red Bull HighPerformanceグループは主要なサーフブーティーメーカーであるRipCurlと直接協力して、サーファーのテクニックを妨げないうに足首の屈曲点のすぐ下にカスタムポケットを作成しました。

プロセス全体を通じて、Larsonは、Pressure ProfileSystemsで採用されているテスト手順とその製造能力に特に感銘を受けました。

「圧力プロファイルには、私が経験した中で最も厳格なテスト手順の1つがあります。これは、NASAやボーイングのような場所から多くのことを言っています」とLarson氏は言います。「サーファーの足からの圧力を測定するためにセンサーに投入された精度と技量のレベルを確認することは印象的でした。」

PPSセンサーは、メキシコのサーフサイエンステクノロジーキャンプでレッドブがスポンサーとなっているサーファーと、ローワートレスルズでのセッションで世界チャンピオンのミックファニングによってすでに実行されています。このシステムは、何時間ものサーフィンデータを正常にキャプチャして保存し、世界クラスのエリートサーファーが足を使ってボードを制御する方法について独自のビューを提供しました。

Larsonは、PPSと連携して、触覚アレイセンサーをサーフボードのデッキに埋め込んで、足の圧力分布だけでなく位置も収集するという、プロジェクトの進化における次のステップを想定しています。これまで、サーファーの足の配置は、ビデオの精度の低い視聴によってのみ評価されてきました。

Red Bull HighPerformanceチームがTactileArrayテクノロジーについて検討した他のアプリケーションには、空力スキン全体の気流と気圧分布をよりよく理解するために、ウイングスーツに組み込むことが含まれます。グリップとブレーキングのタイミングと硬さを決定するためのマウンテンバイクレーサーの手袋またはハンドグリップ。スケートボードのデッキで、特定のトリックや操作を実行するときのスケーターの圧力プロファイルを決定します。

「これらのアプリケーションのいくつかで圧力の兆候を見ることができることは、ゲームを変える教育ツールです」とラーソンは言います。「センサーアレイの機能により、あなたの心はさまようことができ、圧力に関しては測定できないものがほとんどないことに気づき始めます。」