전략적 배치가 성능을 결정합니다. 전자 회로 시스템은 움직이는 동안 인체의 무게와 충격을 최대한 포착하기 위해 신발의 발뒤꿈치에 통합됩니다. 이 위치는 하드웨어를 손상으로부터 보호하고 착용자의 편안함을 보장하면서 에너지 수확을 최적화하는 데 중요합니다.
발뒤꿈치에 전자기기를 배치함으로써 엔지니어는 압전 센서에 사용 가능한 기계적 에너지를 극대화하는 동시에 마모와 자극을 방지하기 위해 시스템을 완전히 격리합니다.
에너지 수확 극대화
수직 충격 활용
발뒤꿈치는 표준 보행 시 주요 접촉점입니다. 모든 걸음마다 신체 무게의 가장 높은 집중도를 흡수합니다.
이 특정 영역을 활용함으로써 시스템은 인체에서 발생하는 가장 중요한 기계적 힘을 이용합니다.
압전 응답 최적화
시스템은 움직임을 전력으로 변환하기 위해 압전 센서에 의존합니다. 이 센서는 효율적으로 작동하기 위해 기계적 스트레스가 필요합니다.
발뒤꿈치에 회로를 배치하면 이러한 센서가 최대 압축을 받게 되어 가능한 가장 높은 에너지 수확 효율을 얻을 수 있습니다.
사용자 편의성 및 시스템 수명
감지 불가능성 보장
스마트 신발이 실용적이려면 기술이 방해가 되지 않아야 합니다. 내장된 설계는 전자 부품과 사용자 피부 사이에 직접적인 접촉이 없도록 합니다.
이는 마찰과 압력점을 방지하여 일상적인 보행 중에 하드웨어가 거의 감지되지 않도록 합니다.
기계적 고장 방지
섬세한 전자기기는 외부 힘에 취약합니다. 발뒤꿈치의 특정 공동은 보호 하우징 역할을 합니다.
이 격리는 부품의 기계적 손상 위험을 크게 줄여 신발 수명 동안 시스템이 계속 작동하도록 보장합니다.
설계 절충안 이해
구조적 무결성 관리
발뒤꿈치는 에너지 수확에 최적의 위치이지만, 특정 공동을 파내려면 정밀한 엔지니어링이 필요합니다.
전자기기를 수용하기 위해 재료를 제거하는 것은 신발이 착용자의 무게를 지지하거나 자연스럽게 충격을 흡수하는 능력을 손상시키지 않아야 합니다.
부피 제약
발뒤꿈치는 제한된 공간을 제공합니다. 따라서 가볍고 컴팩트한 회로를 사용해야 합니다.
디자이너는 신발의 부피를 늘리지 않기 위해 고급 기능에 대한 요구와 공동의 엄격한 물리적 제약 사이의 균형을 맞춰야 합니다.
웨어러블 설계에 대한 시사점
스마트 신발을 평가하거나 웨어러블 기술을 통합할 때 배치가 기능을 어떻게 결정하는지 고려하십시오:
- 주요 초점이 에너지 생성이라면: 발뒤꿈치 타격 영역과 같이 기계적 응력이 최대인 지점에 수확 메커니즘이 있는지 확인하십시오.
- 주요 초점이 수명과 편의성이라면: 피부 접촉을 없애고 외부 마모에 대한 노출을 줄이기 위해 부품을 구조물 내부에 완전히 내장하는 설계를 우선시하십시오.
효과적인 스마트 신발 설계는 걷는 경험을 손상시키지 않으면서 걷기의 물리학을 동력으로 전환합니다.
요약 표:
| 기능 | 전략적 이점 | 착용자에게 주는 이점 |
|---|---|---|
| 에너지 수확 | 최대 수직 발뒤꿈치 충격 활용 | 압전 센서에 효율적으로 전력 공급 |
| 하드웨어 수명 | 격리된 공동이 섬세한 부품 보호 | 기계적 고장 및 마모 감소 |
| 사용자 편의성 | 내장된 설계로 피부 접촉 제거 | 마찰 없음 및 감지 불가능성 보장 |
| 구조적 균형 | 정밀하게 설계된 컴팩트 하우징 | 충격 흡수 및 지지력 유지 |
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참고문헌
- Santiago Linder Rubiños Jiménez, Genaro Christian Pesantes Arriola. Wearable with integrated piezoelectric energy harvester for geolocation of people with Alzheimer's. DOI: 10.11591/ijece.v14i1.pp497-508
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