Представьте себе, что вы носите тонкую гибкую наклейку, которая может превратить движение вашей руки или пальца в общение без необходимости произносить слова или касаться сенсорного экрана. Исследователи разработали новый тип портативного датчика, который может совершить этот футуристический подвиг и может открыть новые возможности для приложений реабилитации и помочь людям с ограниченными возможностями легче общаться.

Новый датчик сочетает в себе мягкий и гибкий материал, называемый полидиметилсилоксан, или ПДМС, с оптическим компонентом , известным как волоконная брэгговская решетка (ВБР). Исследователи разработали его так, чтобы он был удобен для длительного ношения, а также обладал способностью обнаруживать движения с высокой точностью.

Статья с описанием этой технологии опубликована в журнале Biomedical Optics Express.

«Для человека, выздоравливающего после инсульта, эти датчики могут отслеживать движения запястья, пальца или даже лица, чтобы отслеживать ход реабилитации», — сказал Кун Сяо из Пекинского педагогического университета в Китае. «Для людей с серьезными нарушениями подвижности или речи датчики могут переводить жесты или выражения лица в слова или команды, что позволяет им легче общаться с другими или взаимодействовать с технологиями».

Исследователи, междисциплинарная группа исследователей в области оптической, биомедицинской, программной и электротехники из Пекинского педагогического университета, Университета Сунь Ятсена и Университета электронных технологий Гуйлиня (все в Китае), объяснили, что датчики показали высокий уровень чувствительности и точности во время тестов, включающих распознавание жестов и помощь при общении.

«Помимо обнаружения движения, эти адаптируемые датчики могут быть адаптированы для таких приложений, как мониторинг других показателей здоровья, таких как дыхание или частота сердечных сокращений , путем обнаружения едва заметных движений тела», — сказал Руи Мин из Пекинского педагогического университета. «Они также могут быть полезны спортсменам или любителям фитнеса для мониторинга и улучшения своей формы или техники в режиме реального времени или быть интегрированы в игровые системы для более захватывающего и интерактивного опыта».

Эта новая работа является частью более крупного проекта, направленного на разработку инновационных ассистивных технологий, и была вдохновлена ​​проблемами, с которыми сталкиваются люди с ограниченными возможностями и те, кто выздоравливает от таких состояний, как инсульт, у которых часто возникают проблемы с базовыми движениями и общением.

«Традиционные методы либо слишком громоздки, им не хватает точности, либо недостаточно универсальны, чтобы удовлетворить индивидуальные потребности», — сказал Чжо Ван из Пекинского педагогического университета. «Наша цель состояла в том, чтобы разработать носимое решение, которое было бы одновременно точным в обнаружении жестов и удобным для повседневного использования, предлагая более персонализированный и адаптивный подход к реабилитации и помощи».

Для этого исследователи создали пластыри из ПДМС, очень гибкого и приятного для кожи типа силиконового эластомера. Это позволяет людям носить их в течение длительного времени без раздражения и дискомфорта. Чтобы придать пластырю способность определять движение, исследователи встроили в PDMS ВБР — тип отражателя, который выгравирован на коротком сегменте оптического волокна для отражения определенных длин волн и передачи всех остальных.

Датчик позволяет обнаруживать небольшие изменения в способе распространения света по оптоволоконному кабелю во время движения , что позволяет системе обнаруживать конкретные движения путем анализа изменений в поведении света.

«Настоящее волшебство возникает в результате сочетания PDMS с ВБР», — сказал Чуаньсинь Тэн из Университета электронных технологий Гуйлиня. «Мы обнаружили, что использование более толстого пластыря PDMS вызывает более выраженный сдвиг длины волны. Использование эффекта повышения чувствительности PDMS позволяет этим оптическим датчикам обнаруживать даже малейший изгиб пальца или поворот запястья».

Датчики можно наносить на различные части тела для широкого спектра применений. Исследователи также разработали точный метод калибровки, который позволяет адаптировать датчики к каждому пользователю и адаптировать их к различным приложениям.

Превращение движения в общение

Чтобы продемонстрировать возможности носимых датчиков FBG, встроенных в PDMS, исследователи провели серию тестов, направленных на распознавание жестов и помощь при общении.

После калибровки датчиков для отдельных участников они прикрепили датчики к различным частям тела, например, к запястью и пальцам, чтобы обнаруживать различные движения. Они также разработали систему, которая позволяла датчикам преобразовывать простые жесты в команды или сообщения. Например, они использовали движения пальцев для написания слов на основе азбуки Морзе.

В обоих тестах датчики продемонстрировали высокий уровень чувствительности и точности распознавания широкого спектра жестов. Они могли обнаруживать едва заметные движения, которые некоторым традиционным датчикам было бы трудно уловить. Датчики успешно преобразовали жесты в слова в эксперименте по помощи в общении, продемонстрировав свой потенциал в качестве вспомогательной технологии для людей с нарушениями речи или подвижности.

В настоящее время исследователи работают над улучшением и усовершенствованием технологии, чтобы подготовить ее к практическому использованию и дальнейшим исследованиям посредством клинических испытаний. Это включает в себя сделать сенсорную систему еще меньше и более интегрированной, чтобы ее можно было легко носить, а также улучшить способность датчиков взаимодействовать по беспроводной сети со смартфонами, компьютерами или медицинскими устройствами.

Это позволит пользователям взаимодействовать с технологией и поможет лицам, осуществляющим уход, или медицинским работникам отслеживать прогресс или данные в режиме реального времени. Они также повышают надежность и долговечность датчиков, чтобы они могли выдерживать ежедневный износ, включая воздействие влаги, тепла и растяжения.