دانشمندان عینکی ساختند که با پلک‌زدن شما برق تولید می‌کند

عینک هوشمند جدید با انرژی حرکات صورت، فعالیت‌های بدن را تشخیص می‌دهد.

در قلب فناوری این عینک جدید، سه قطعه بسیار نازک به نام نانوژنراتورهای تریبوالکتریک (TENG) قرار دارند. با وجود نام پیچیده این فناوری، اساس عملکرد آن پدیده‌ای آشنا یعنی الکتریسیته ساکن است.

هرکسی که بادکنکی را به موهای خود مالیده یا در یک روز خشک زمستانی بدن گربه‌ای را نوازش کرده باشد، اثر تریبوالکتریک را تجربه کرده است. هنگامی که دو ماده متفاوت با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند و سپس از هم جدا می‌شوند، الکترون‌ها می‌توانند از یک ماده به ماده دیگر منتقل شوند و در نتیجه، بار الکتریکی کوتاه‌مدتی به وجود آید.

فناوری گلس‌تنگ (GlassTENG) از همین پدیده ساده بهره می‌گیرد. هر حسگر انعطاف‌پذیر از چند لایه مواد تشکیل شده که در واکنش به حرکات صورت، بارها به یکدیگر فشرده می‌شوند و سپس از هم فاصله می‌گیرند. برای مثال، هنگام پلک زدن، فشار ایجادشده یکی از حسگرها را فعال می‌کند. فشردن فک حسگر دیگری را به کار می‌اندازد. حتی فشار بسیار ظریفی که بر اثر عبور خون از شریان ایجاد می‌شود، برای فعال کردن این حسگرها کافی است.

آرورا درباره نحوه عملکرد این فناوری گفت

هنگامی که لایه‌ها با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند و سپس از هم جدا می‌شوند، ولتاژ بسیار کوچکی تولید می‌کنند. این ویژگی به این معناست که همان حرکتی که اندازه‌گیری می‌شود، انرژی مکانیکی موردنیاز برای تشخیص آن را نیز فراهم می‌کند. به بیان دیگر، پلک زدن به تأمین انرژی حسگری کمک می‌کند که وظیفه شناسایی همان پلک زدن را بر عهده دارد.

سه حسگر برای ثبت سیگنال‌های مختلف

برای جمع‌آوری بیشترین میزان اطلاعات ممکن، آرورا و گروه پژوهشی‌اش سه حسگر را در نقاط راهبردی قاب عینک قرار دادند. حسگر نخست روی پل بینی و در نزدیکی شریان زاویه‌ای و عضلات اطراف چشم نصب شده است. این حسگر می‌تواند نبض، پلک زدن و حرکات ابروها را تشخیص دهد. حسگر دوم در نزدیکی شقیقه قرار دارد و تغییرات مرتبط با شریان گیجگاهی سطحی و حرکات فک را ثبت می‌کند. حسگر سوم نیز نزدیک‌تر به گوش نصب شده و حرکات ناشی از جویدن و فشردن دندان‌ها را شناسایی می‌کند.

این سه حسگر در کنار یکدیگر، امکان تشخیص حرکات صورت را از نقاط مختلف فراهم می‌کنند. همچنین، آن‌ها به نیروهایی با شدت‌های متفاوت حساس هستند. نبض شریانی که ضعیف‌ترین نیروی بررسی‌شده در این پژوهش بود، سیگنال‌های الکتریکی با ولتاژ حدود ۵۰ تا ۱۰۰ میلی‌ولت تولید کرد. پلک زدن و بالا بردن ابروها سیگنال‌هایی در محدوده تقریبی ۲۰۰ تا ۵۰۰ میلی‌ولت به وجود آوردند. حرکات قوی‌تر فک، از جمله جویدن و فشردن دندان‌ها، نیز سیگنال‌هایی با ولتاژ حداکثر ۱٫۵ ولت ایجاد کردند.

آرورا درباره اهمیت تفاوت این سیگنال‌ها گفت

این تفاوت‌ها باعث می‌شوند هر فعالیت صورت، الگوی الکتریکی قابل‌شناسایی و مخصوص به خود را داشته باشد.

در آزمایش این فناوری، ۲۰ شرکت‌کننده هنگام استفاده از عینک گلس‌تنگ شش فعالیت مختلف را انجام دادند: پلک زدن، بالا بردن ابروها، فشردن دندان‌ها روی یکدیگر، ضربه زدن دندان‌ها به هم، غذا خوردن و صحبت کردن. سپس گروه پژوهشی با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، الگوهای موجود در سیگنال‌های الکتریکی را تحلیل کرد تا نوع فعالیت انجام‌شده توسط هر فرد را تشخیص دهد. سامانه در شناسایی این شش فعالیت به دقت ۹۳٫۸ درصد دست یافت.

تصور کنید عینکی بتواند فشردن فک را تشخیص دهد و به‌آرامی به فرد یادآوری کند که عضلات خود را شل کند؛ یا هنگام غذا خوردن، این فعالیت را شناسایی کرده و فرد را به توجه بیشتر نسبت به عادت‌های غذایی خود ترغیب کند. گلس‌تنگ با ترکیب پایش وضعیت قلبی‌عروقی و تشخیص رفتارها در یک سامانه بسیار کم‌مصرف، امکان بررسی ارتباط میان وضعیت فیزیولوژیکی بدن و رفتارهای روزمره را فراهم می‌کند. این فناوری همچنین می‌تواند زمینه ارائه راهکارهای شخصی‌سازی‌شده را در لحظاتی مهیا کند که چنین مداخلاتی بیشترین فایده را برای فرد دارند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.