Трёхмерное проектирование умной одежды: биомеханический Подход к интеграции e-textile технологий

Abstract

Традиционные подходы к проектированию e-textile рассматривают электронные компоненты как дополнение к готовому изделию, не учитывая биомеханических нагрузок на текстильную матрицу при профессиональных движениях. Следствием этого являются: преждевременный отказ проводящих дорожек, артефакты сигнала при смене позы и потеря точности измерений именно в критических фазах рабочего цикла. Данная статья посвящена разработке и верификации пошагового алгоритма совместного биомеханического и электрического проектирования умной рабочей одежды, в котором топологическая карта зон деформации непосредственно определяет архитектуру размещения сенсорных узлов. В статье представлен восьмиэтапный цифровой алгоритм проектирования умной рабочей одежды с интегрированными электронными элементами (e-textile), объединяющий профессиональную биомеханику, топологическое картирование деформации ткани и оптимальное размещение сенсоров. Расширена кластерная модель HCE за счёт электрических параметров тканей. Введена шестая категория зон деформации - стабильная зона (St, ε < 5%) - как целевая область для сенсорных узлов. Предложен индекс стабильности сенсора (SSI) в качестве новой метрики оценки конструкции. Практическое применение алгоритма позволило повысить SSI с 0,72 до 0,93 и сократить число итераций прототипирования с 5 до 1.

Электронды тоқыма бұйымдарын жобалауға дәстүрлі тәсілдер биомеханикалық қоспағанда, электронды компоненттерді дайын өнімге қосымша ретінде қарастырады. Кәсіби қозғалыстар кезінде матрицадағы компоненттер. Мұның салдарына сым жолдарының мерзімінен бұрын істен шығуы, қалып өзгерістері кезінде сигналдың бұрмалануы және жұмыс циклінің соңғы кезеңдерінде өлшеу дәлдігінің жоғалуы жатады. Бұл мақала деформация аймағының топологиялық картасы сенсорлық түйіндердің орналасу архитектурасын тікелей анықтайтын ақылды жұмыс киімдерін біріктірілген биомеханика мен жобалау үшін қадамдық алгоритмді әзірлеуге және тексеруге арналған. Мақалада кәсіби биомеханиканы, мата деформациясының топологиялық картасын және сенсордың тәуелсіз орналасуын біріктіретін ендірілген электрондық элементтері (электронды тоқыма) бар ақылды жұмыс киімдерін жобалаудың сегіз сатылы сандық алгоритмі ұсынылған. Маталардың электрлік параметрлерін есепке алу үшін кеңейтілген HCE кластерлік моделі қолданылады. Сенсорлық түйіндер үшін мақсатты аймақ ретінде алтыншы деформация аймағы санаты - тұрақты аймақ (St, ε < 5%) - енгізілген. Сенсорлық тұрақтылық индексі (SSI) жаңа дизайнды бағалау метрикасы ретінде енгізілген. Алгоритмді практикалық қолдану SSI-ді 0,72-ден 0,93-ке дейін арттырады және прототиптеу итерацияларының санын 5-тен 1-ге дейін азайтады.

Traditional approaches to the design of electronic textiles consider electronic components as an addition to the finished product, excluding biomechanical components on the matrix during professional movements. The consequences of this include premature failure of wire paths, signal distortion during posture changes, and loss of measurement accuracy in the final phases of the work cycle. This article is devoted to the development and verification of a step-by-step algorithm for the combined biomechanics and design of smart workwear, in which a topological map of the deformation zone directly determines the architecture of sensor node placement. The article presents an eight-step digital algorithm for designing smart workwear with embedded electronic elements (e-textiles), combining professional biomechanics, topological mapping of fabric deformation, and independent sensor placement. An extended HCE cluster model is used to account for the electrical parameters of fabrics. A sixth deformation zone category—the stable zone (St, ε < 5%)—is introduced as a target area for sensor nodes. The sensor stability index (SSI) is incorporated as a new design evaluation metric. Practical application of the algorithm increases the SSI from 0.72 to 0.93 and reduces the number of prototyping iterations from 5 to 1.