Ein grundlegender Durchbruch im Design dehnbarer Induktoren durch Forscher der University of Science and Technology of China überwindet ein kritisches Hindernis bei intelligenten Wearables: die Aufrechterhaltung einer konstanten induktiven Leistung während der Bewegung. Ihre in Materials Today Physics veröffentlichte Arbeit etabliert das Aspektverhältnis (AR) als entscheidenden Parameter zur Steuerung der induktiven Reaktion auf mechanische Belastung.
Durch Optimierung der AR-Werte entwickelte das Team Planarspulen mit nahezu dehnungsinvarianter Wirkung und einer Induktivitätsänderung von weniger als 1 % bei 50 % Dehnung. Diese Stabilität ermöglicht zuverlässige drahtlose Energieübertragung (WPT) und NFC-Kommunikation in dynamischen Wearable-Anwendungen. Gleichzeitig fungieren Konfigurationen mit hohem AR (AR>10) als hochempfindliche Dehnungssensoren mit einer Auflösung von 0,01 % – ideal für eine präzise physiologische Überwachung.
Realisierte Dual-Mode-Funktionalität:
1. Kompromisslose Leistung und Daten: Low-AR-Spulen (AR=1,2) weisen eine außergewöhnliche Stabilität auf und begrenzen die Frequenzdrift in LC-Oszillatoren auf nur 0,3 % bei 50 % Belastung – und übertreffen damit herkömmliche Designs deutlich. Dies gewährleistet eine konstante WPT-Effizienz (>85 % bei 3 cm Abstand) und robuste NFC-Signale (<2 dB Schwankung), die für medizinische Implantate und ständig verbundene Wearables entscheidend sind.
2. Klinische Sensorik: Spulen mit hohem AR (AR=10,5) dienen als Präzisionssensoren mit minimaler Querempfindlichkeit gegenüber Temperatur (25–45 °C) oder Druck. Integrierte Arrays ermöglichen die Echtzeitverfolgung komplexer Biomechanik, einschließlich Fingerkinematik, Griffkraft (0,1 N Auflösung) und die Früherkennung pathologischen Tremors (z. B. Parkinson bei 4–7 Hz).
Systemintegration und Auswirkungen:
Diese programmierbaren Induktivitäten lösen den historischen Kompromiss zwischen Stabilität und Empfindlichkeit in dehnbarer Elektronik. Ihre Synergie mit miniaturisierten kabellosen Qi-Standard-Lademodulen und fortschrittlichem Schaltungsschutz (z. B. rücksetzbare Sicherungen, eFuse-ICs) optimiert die Effizienz (>75 %) und Sicherheit in platzbeschränkten tragbaren Ladegeräten. Dieses AR-basierte Framework bietet eine universelle Designmethode für die Einbettung robuster induktiver Systeme in elastische Substrate.
Weg nach vorne:
In Kombination mit neuen Technologien wie intrinsisch dehnbaren triboelektrischen Nanogeneratoren beschleunigen diese Spulen die Entwicklung energieautarker, medizinischer Wearables. Solche Plattformen versprechen kontinuierliche, hochpräzise physiologische Überwachung gepaart mit zuverlässiger drahtloser Kommunikation – und machen so die Abhängigkeit von starren Komponenten überflüssig. Die Bereitstellungszeiträume für fortschrittliche Smart-Textilien, AR/VR-Schnittstellen und Systeme zur Behandlung chronischer Krankheiten werden deutlich verkürzt.
„Diese Arbeit führt bei tragbarer Elektronik vom Kompromiss zur Synergie“, erklärte der leitende Forscher. „Wir erreichen jetzt gleichzeitig Sensorik auf Laborniveau und Zuverlässigkeit auf Militärniveau auf wirklich hautgerechten Plattformen.“
Veröffentlichungszeit: 26. Juni 2025