Обычные интерфейсы для компьютеров и другой электроники позволяют людям управлять устройствами только пальцами. Однако недавние технологические достижения открыли ценные возможности для разработки альтернативных интерфейсов, использующих голос, моргание глаз, движения лица или другие движения тела.

Эти альтернативные интерфейсы могут изменить жизнь людей с ограниченными возможностями, которые мешают им свободно двигать руками. Сюда входят люди, которые частично или полностью парализованы, а также пациенты, страдающие дистрофией, рассеянным склерозом, церебральным параличом и другими неврологическими состояниями, влияющими на движения рук.

Группа исследователей во главе с Сяоган Лю из Национального университета Сингапура и Бинь Чжоу из Университета Цинхуа недавно разработала инновационную интерактивную каппу, которая позволяет пользователям контролировать и управлять устройствами, кусая их. Эта каппа, представленная в статье, опубликованной в Nature Electronics , основана на серии волоконно- оптических сенсоров с питанием от механолюминесценции .

«Наша работа была вдохновлена ​​стоматологической диагностикой», — сказал TechXplore Бо Хоу, первый автор этой статьи. «Мы думали о сочетании оптических датчиков и механолюминесцентных материалов для определения окклюзионной силы зубов. Затем мы поняли, что можно управлять взаимодействием человека и компьютера с помощью уникальных окклюзионных моделей».

Для создания своей интерактивной каппы исследовательская группа использовала серию датчиков с распределенным оптическим волокном (mp-DOF), работающих на механолюминесценции. Эти датчики состоят из массива эластомерных волноводов с механолюминесцентными контактными площадками, содержащими люминофоры разного цвета, реагирующие на давление.

Исследователи встроили два таких датчика в каппу, покрытие, которое защищает людей от травм во время занятий спортом или предотвращает скрежетание зубами. Люминофоры, содержащиеся в датчиках, чувствительны к механическим раздражителям, что в конечном итоге позволило создать интерактивную телекоммуникационную систему, управляемую прикусом.

«Сжатие и деформация эластомерной каппы в определенных сегментах во время окклюзии картируется с помощью mp-DOF путем измерения соотношения интенсивности различных цветовых излучений в системе волокон без необходимости использования внешних источников света», — пояснил Лю. «Ратометрические измерения интенсивности сложных окклюзионных контактов могут быть обработаны с использованием алгоритмов машинного обучения для преобразования их в конкретные входные данные для высокоточного дистанционного управления и работы различных электронных устройств, включая компьютеры, смартфоны и инвалидные кресла».

Исследователи объединили свое устройство на основе каппы с алгоритмами машинного обучения, обученными преобразовывать сложные модели прикуса в определенные команды или входные данные. В первоначальных оценках их система могла успешно преобразовывать модели прикуса, выполненные пользователями, во входные данные с замечательной точностью 98%.

«Несколько вспомогательных технологий, таких как распознавание голоса и отслеживание взгляда, были разработаны для обеспечения альтернативных методов управления», — сказал Лю. «Однако это может вызвать проблемы при использовании и обслуживании. Мы сообщаем о первой оптоэлектронной системе контроля прикуса, в которой используются датчики с питанием от механолюминесценции с распределенными оптическими волокнами, встроенными в каппу».

Интерактивный интерфейс на основе каппы, созданный исследователями, вскоре может помочь улучшить жизнь людей с ограниченной ловкостью, предоставив жизнеспособную альтернативу клавиатурам или сенсорным экранам и, таким образом, позволяя им независимо управлять устройствами связи. Лю и его коллеги уже продемонстрировали, что их интерактивная каппа может быть интегрирована с компьютерами, смартфонами и инвалидными колясками.

«В будущем мы постараемся изучить возможности проверки нашего устройства в клинических условиях , например, в центрах по уходу или домах престарелых», — добавил Лю. «Мы также разрабатываем смарт-капу второго поколения, чтобы улучшить скорость контроля и время обучения пользователя».