SkinKit erbjuder mångsidig, bärbar on-skin datoranvändning

Personlig datoranvändning har blivit mindre och mer intim med åren – från den stationära datorn till den bärbara datorn, till smartphones och surfplattor, till smarta klockor och smarta glasögon.

Men nästa generation av bärbar datorteknik – för hälsa och välbefinnande, social interaktion och otaliga andra tillämpningar – kommer att vara ännu närmare bäraren än en klocka eller glasögon: Den kommer att fästas på huden.

Det bärbara avkänningsgränssnittet SkinKit, utvecklat i Hybrid Body Lab, kan användas för hälsa och välbefinnande, personlig säkerhet, som hjälpmedel och för atletisk träning, bland många applikationer.

Gränssnitt på huden – ibland kallade ”smarta tatueringar” – har potential att överträffa avkänningsförmågan hos nuvarande bärbara teknologier, men att kombinera komfort och hållbarhet har visat sig vara utmanande. Nu, medlemmar av Cornell’s Hybrid Body Lab har kommit fram till ett pålitligt, hudtätt gränssnitt som är lätt att fästa och ta bort, och som kan användas för en mängd olika ändamål – från hälsoövervakning till mode.

Doktorand och labbmedlem Pin-Sung Ku är huvudförfattare tillSkinKit: Byggsats för On-Skin Interface Prototyping,” som presenterades i september på UbiComp ’22, Association for Computing Machinerys internationella gemensamma konferens om genomgripande och allestädes närvarande datoranvändning.

“Vi har arbetat med det här i flera år, och jag tror att vi äntligen har räknat ut många av de tekniska utmaningarna,” sa han. Cindy (Hsin-Liu) Kao, biträdande professor i mänskligt centrerad design vid College of Human Ecology, och studiens seniorförfattare. “Vi ville skapa ett modulärt tillvägagångssätt för smarta tatueringar, för att göra dem lika enkla som att bygga lego.”

Andra bidragsgivare, alla tidigare labbmedlemmar, är tidigare postdoktor Md. Tahmidul Islam Molla, nu biträdande professor i praktik i datavetenskap vid Marquette University; Kunpeng Huang ’21, M.Eng. ’22; Priya Kattappurath ’20, M.Eng. ’21; och Krithik Ranjan ’22.

SkinKit – ett plug-and-play-system som syftar till att “sänka golvet för inträde” till on-skin-gränssnitt, sa Kao, för dem med liten eller ingen teknisk expertis – är produkten av otaliga timmar av utveckling, testning och omutveckling, hon sa.

Kaos labb är också mycket medvetet om kulturella skillnader i allmänhet, och hon tycker att det är viktigt att föra dessa enheter till olika befolkningsgrupper.

“Människor från olika kulturer, bakgrunder och etniciteter kan ha väldigt olika uppfattningar om dessa enheter,” sa hon. “Vi kände att det faktiskt är väldigt viktigt att låta fler människor få en röst när de säger vad de vill att dessa smarta tatueringar ska göra.”

Tillverkning görs med tillfälligt tatueringspapper, silikontextilstabilisator och vatten, vilket skapar en flerlagers tunn filmstruktur som gruppen kallar “hudduk”. Det skiktade materialet kan skäras till önskade former – för sin studie använde forskarna tre kvarts tums fyrkanter, med manliga-hona skärlinjer så att bitarna kan tesselleras (sammanfogas) – och förses med miniatyriserade flexibla kretskortsmoduler att utföra en rad uppgifter.

“Utgångspunkten var att hitta en lämplig formfaktor och sedan göra den skalbar,” sa Ku. “Och hur vi skalar det är genom tessellationsmönstret. Så då kan användaren designa en krets och sedan anpassa layouten genom att sätta ihop flera moduler.”

En av fördelarna med deras design, sa Ku, är återanvändbarhetskomponenten.

“Bäraren kan enkelt fästa dem tillsammans och även ta loss dem,” sa han. “Låt oss säga att du idag vill använda en av sensorerna för vissa ändamål, men imorgon vill du ha den för något annat. Du kan enkelt koppla loss dem och återanvända några av modulerna för att göra en ny enhet på några minuter.”

Att testa SkinKit, rekryterade forskarna först nio deltagare med både STEM- och designbakgrund för att bygga och bära enheterna. Deras input från den 90 minuter långa workshopen hjälpte till att informera om ytterligare ändringar, som gruppen utförde innan en större ST, två dagar lång med 25 deltagare med både EM-studie- och designbakgrund.

Enheter designade av de 25 studiedeltagarna behandlade: hälsa och välbefinnande, inklusive temperatursensorer för att upptäcka feber på grund av covid-19; personlig säkerhet, inklusive en anordning som skulle hjälpa bäraren att upprätthålla socialt avstånd under pandemin; meddelande, inklusive en armburen enhet som en löpare kan bära som skulle vibrera när ett fordon var nära; och hjälpmedel, såsom en handledsburen sensor för blinda som skulle vibrera när bäraren var på väg att stöta på ett föremål.

Andra applikationer var för sociala, mode- och atletiska träningsändamål.

Kao sade att medlemmar av hennes labb, inklusive Ku, deltog i 4-H Career Explorations Conference under sommaren och lät cirka 10 mellanstadier från delstaten New York bygga sina egna SkinKit-enheter.

“Jag tror att det bara visar oss en stor potential för STEM-inlärning, och särskilt att kunna engagera människor som ursprungligen inte skulle ha intresse för STEM,” sa Kao. “Men genom att kombinera det med kroppskonst och mode, tror jag att det finns en stor potential för det att engagera nästa generation och bredare befolkningar för att utforska framtiden för smarta tatueringar.

Detta arbete stöddes av National Science Foundation.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *