我們必不可少的衣物可以說是最好的可穿戴設備。

 

從懷表到手表,再到智能手表,既有時代變遷之下的需求導向,也是可穿戴技術顯著發展的結果。

 

起初廠商們多以「腕帶+手機=智能手表」的思路設計智能手表,經過幾十年發展,智能手表形態上更為簡約輕便,功能上也越來越豐富,不僅限于為手機做輔助,也逐漸有了監測運動、睡眠、壓力、血氧飽和度、心率等數據的功能。

 

 

有這樣兩個問題:

 

  • 對于沒有手表佩戴習慣的群體,哪些可穿戴產品適合運動時佩戴?不集成大量高精度傳感器的前提下,可穿戴產品如何很好地監測運動、獲取反饋數據?

 

對此,MIT 給出了一個解決方案——我們必不可少的衣物可以說是最好的可穿戴設備,因此可以利用特殊纖維設計衣物,穿戴后可通過接觸用戶身體感知其動作,完成數據反饋。

 

前不久,相關研究成果發表于 Nature 子刊 Nature Electronics(《自然-電子學》),題為 Learning human–environment interactions using conformal tactile textiles(使用適形觸覺紡織品學習人類與環境的互動)。

 

 

論文作者來自于 MIT 計算機科學與人工智能實驗室(CSAIL)、微系統技術實驗室及電子工程與計算機科學系。

 

1、「適形觸覺紡織品」長啥樣?

論文標題里的「適形觸覺紡織品」可以有哪些形式,MIT 在一段視頻里進行了展示。

 

它可以是一雙襪子:

 

 

可以是一副手套:

 

 

一件背心:

 

 

準確地來講,MIT 團隊設計的是一個基于紡織品的觸覺學習平臺,可以用來記錄、監測和學習人與環境的互動。

 

2、利用機器學習進行傳感校正

那么,MIT 團隊具體是如何設計這種新型可穿戴產品的呢?

 

論文介紹,「適形觸覺紡織品」的原材料中包含了一種價格低廉的壓阻纖維(此外亦有常規的紡織纖維)。

 

 

經由機器編制,就可以形成任意的三維幾何形狀,這一過程完全由機器自動完成。

 

 

在此基礎上,研究團隊得到了一個大型觸覺數據集,有著超 100 萬個觸覺框架,包含人與環境的多種交互以及與機器學習技術相結合的各種應用。

 

 

通過數據收集,研究團隊開發了一個自監督數據修正范式來規范響應。

 

研究團隊利用下圖中這只“校準手套”作為一種靈活的“尺度”,用以糾正形狀更為復雜的、面積更大的「觸覺紡織品」。

 

 

數據表明,這種由 AI 驅動的傳感紡織品可以對包括坐姿、動作在內的多種與環境的互動進行分類。僅通過數據,即可恢復動態全身姿態,從而分析環境空間信息、發現生物力學特征。

 

如下圖所示,不論是抬腿、平地走路,還是彎腰、轉身、上下樓梯等動作,系統都能做出穩定預測。

 

 

值得一提的是,這種可穿戴神器還可用于機器人——研究團隊針對一款機器臂的形狀設計了合適大小的織物,發現機器臂給出了高分辨率的觸覺反饋。

 

對此,論文通訊作者 Wan Shou 表示:

 

想象一下,機器人不再是觸覺盲,它們有“皮膚”,可以像我們人類一樣提供觸覺感知。
 

 

研究團隊表示,這種設計可在人機交互(HCI)方面成為更多應用的輸入接口,或可用于運動和康復訓練。

 

引用來源:

https://www.nature.com/articles/s41928-021-00558-0

 

https://www.leiphone.com/news/202101/JhPf7sfRer6JU5Nm.html

 

https://www.csail.mit.edu/news/smart-clothes-can-measure-your-movements

 

https://www.youtube.com/watch?v=HDtpOVa49cs