Современная электроника №4/2025

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 10 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2025 В целом об интересных тенденци- ях, разработках и конструкциях мож- но прочитать в [8–17]. Причём даже эти публикации в условиях быстро- го устаревания технических данных можно считать неактуальными, так как им свыше 5 лет. Но в целом мож- но говорить о большом прогрессе в разработках РЭА носимой электро- ники, равно как в области фотони- ки, а также развитии в спортивной медицине и здравоохранении семан- тических платформ большой ёмкости для интеграции гетерогенных данных носимых устройств. В этом направ- лении речь идёт о концепции и пер- спективах проектирования, создания, производства и обслуживания цифро- вых двойников как новой эры в раз- витии робототехники и ИИ. Особенности трибоэлектрического сенсора Несмотря на то что идее преобразо- вывать движения тела при ходьбе или беге в электрический ток с помощью «умной» одежды много лет, современ- ные перспективные способы решения насущных задач связаны с трибоэлек- трическим эффектом – появлением в материале электрических зарядов из-за трения. Так появились и совер- шенствуются «трибоэлектрические умные носки» с поддержкой беспро- водной связи, облачных приложений виртуальной реальности и в целом IoT. Одно из необычных или спец- ифических направлений приложе- ния идеи – управление компьютер- ными программами, приложениями и видеоиграми, в том числе в допол- ненной реальности, с помощью дви- жений стопы по тому же принципу, как можно управлять электронными устройствами с помощью тактиль- ного нажатия на кнопки и клавиши или прикосновениями к интерактив- ному экрану пальцами ладони. Что касается виртуальной реальности, заслуживает внимания разработка команды инженеров из Сингапура под руководством Ли Чжэнго, соз- давших реальный прототип умного носка, где движения пальцев стопы или притопывание, подпрыгивание, перенос веса тела с пятки на носок (и др.) превращаются в управляющую команду от пользователя к электрон- ной системе [12, 15]. В основе технологии – трибоэлек- трические наногенераторы (T-TENG), используемые как для выработки энергии, так и в роли сенсоров опре- деления давления. Датчики состоят из двух внешних непроводящих элек- трический ток слоёв, между которы- ми два проводящих ток слоя из метал- лизированного полиэстера. Притом один слой покрыт нитрилом, а дру- гой – силиконом с рельефной поверх- ностью в виде матрицы из усечённых пирамидок в 3 миллиметра высотой (рис. 12). При механической нагрузке тела человека на горизонтальную поверх- ность, возникающей во время ходьбы, прыжков или бега, между внутрен- ними слоями датчика происходит перераспределение электрических зарядов и возникает разница потен- циалов (напряжение). На конкрет- ных примерах установлено, что за 300 шагов в спокойном темпе движе- ния с помощью такого датчика мож- но зарядить конденсатор ёмкостью 27 мкФ до напряжения 8,2 вольт [12]. Этого вполне достаточно для пита- ния модуля Bluetooth, чтобы передать на смартфон или иную компьютер- ную систему за 15–20 метров цифро- вые данные с электронных датчи- ков, установленных в сенсоре в носке. И не только данные о температурном режиме или влажности, но и многие другие. Встроенный в носок трибоэлектри- ческий сенсор показан выше на рис. 8. Принцип работы датчиков Информация с трёх трибоэлек- трических сенсоров, размещённых на подошве носка, обрабатывает- ся (фильтруется от помех и модули- руется) с помощью расположенного на теле пользователя электронного модуля с микроконтроллером. Затем данные передаются по беспроводно- Рис. 14. Графики и формы импульсов датчика T-TENG Давление Время (с) Время (с) Время (с) 0 0 0 0 20 40 60 0 20 40 60 5 10 10 20 15 30 20 40 0 5 10 15 20 0 0 600 400 400 200 200 0 0 200 200 400 400 600 0 0 50 10 20 30 40 50 60 50 50 100 100 100 150 150 150 200 200 100 200 300 Время (с) Время (с) Нет структуры С усеченной структурой 13 кПа 38 кПа 244 кПа 14 кПа 78 кПа 244 кПа 5 мм/с 10 мм/с 15 мм/с Напряжение (В) Напряжение (В) Напряжение (В) Зарядка Ток Ток