Представьте, что вы носите тонкую гибкую наклейку, которая может превратить движение вашей руки или пальца в общение без необходимости произносить слово или касаться сенсорного экрана. Исследователи разработали новый тип носимого сенсора, который может совершить этот футуристический подвиг и может открыть новые возможности для реабилитационных приложений и помочь людям с ограниченными возможностями легче общаться.
Новый датчик сочетает в себе мягкий и гибкий материал, называемый полидиметилсилоксаном, или PDMS, с оптическим компонентом, известным как волоконная брэгговская решетка (FBG). Исследователи разработали ее так, чтобы она была удобной для длительного ношения, а также позволяла с высокой точностью обнаруживать движения.
Статья, описывающая эту технологию, опубликована в журнале Biomedical Optics Express.
"Для тех, кто восстанавливается после инсульта, эти датчики могут отслеживать движения запястья, пальцев или даже лица, чтобы отслеживать ход реабилитации", - сказал Кун Сяо из Пекинского педагогического университета в Китае. "Для людей с тяжелой подвижностью или нарушениями речи датчики могут преобразовывать жесты или мимику в слова или команды, позволяя им легче общаться с другими людьми или взаимодействовать с технологиями".
Исследователи, междисциплинарная команда исследователей в области оптики, биомедицины, программного обеспечения 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 в 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".
Персонализированный подход
Эта новая работа является частью более масштабного проекта, направленного на разработку инновационных вспомогательных технологий, и была вдохновлена проблемами, с которыми сталкиваются люди с ограниченными возможностями и те, кто восстанавливается после таких состояний, как инсульт, которые часто испытывают трудности с элементарными движениями и общением.
"Традиционные методы либо слишком громоздки, им не хватает точности, либо они недостаточно универсальны, чтобы удовлетворить индивидуальные потребности", - сказал Чжуо Ван из Пекинского педагогического университета. "Нашей целью было разработать носимое решение, которое было бы точным в распознавании жестов и удобным для повседневного использования, предлагая более персонализированный и адаптивный подход к реабилитации и оказанию помощи".
Для этого исследователи создали пластыри из PDMS, разновидности силиконового эластомера, который очень гибкий и безвреден для кожи. Это позволяет людям носить их в течение длительного времени без раздражения или дискомфорта. Чтобы придать пластырю способность распознавать движение, исследователи встроили в PDMS FBGs - тип отражателя, который врезан в короткий сегмент оптического волокна для отражения определенных длин волн при передаче всех остальных.
Датчик позволяет обнаруживать незначительные изменения в способе распространения света по оптоволокну во время движения, позволяя системе обнаруживать конкретные движения путем анализа изменений в поведении света.
"Настоящее волшебство исходит от сочетания PDM с FBG", - говорит Чуаньсинь Тэн из Гуйлиньского университета электронных технологий. "Мы обнаружили, что использование более толстой нашивки PDMS привело к более выраженному изменению длины волны. Использование этого эффекта PDMS, повышающего чувствительность, 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 метод точной калибровки, который позволяет адаптировать датчики к каждому пользователю, делая их пригодными для различных применений.
Чтобы продемонстрировать возможности своих встроенных в PDMS носимых датчиков ВБР, исследователи провели серию тестов, направленных на распознавание жестов и помощь в общении.
После калибровки датчиков для отдельных участников они прикрепили датчики к различным частям тела, таким как запястье и пальцы, для обнаружения различных движений. Они также разработали систему, которая позволяла датчикам преобразовывать простые жесты в команды или сообщения. Например, они использовали движения пальцев, чтобы произносить слова на основе азбуки Морзе.
В обоих тестах датчики продемонстрировали высокий уровень чувствительности и точности в распознавании широкого спектра жестов. Они могут обнаруживать едва уловимые движения, которые некоторым традиционным датчикам было бы трудно уловить. Датчики успешно преобразовали жесты в слова в ходе эксперимента по оказанию помощи в общении, продемонстрировав свой потенциал в качестве вспомогательной технологии для людей с нарушениями речи или подвижности.
В настоящее время исследователи работают над улучшением технологии, чтобы сделать ее готовой к практическому использованию и дальнейшим исследованиям в рамках клинических испытаний. Это включает в себя создание сенсорной системы еще меньших размеров и более интегрированной, чтобы ее можно было легко носить, а также расширение возможностей датчиков по беспроводной связи со смартфонами, компьютерами или медицинскими приборами.
Это позволит пользователям взаимодействовать с технологией и поможет лицам, осуществляющим уход, или медицинским работникам отслеживать прогресс или данные в режиме реального времени. Они также улучшают надежность и долговечность датчиков, чтобы убедиться, что они выдержат ежедневный износ, включая воздействие влаги, высокой температуры и растяжение.