Исследователи разработали носимый сенсорный патч, способный улавливать угрозы в окружающем пространстве — от токсичных газов до тяжелых металлов в воде. При контакте с опасностью устройство не отправляет уведомление на смартфон, которое легко пропустить, а сразу начинает вибрировать прямо на коже человека. Эта работа, описывающая новый этап в персональной безопасности, опубликована в издании Device.
В чем заключается прорыв этой технологии? Ранее системы оповещения требовали взгляда на экран или прослушивания сигнала, что в шумном цеху или во время работы невозможно. Сенсационность данного исследования состоит в переходе к тактильному языку: тело само становится приемником тревожного сигнала. Кроме того, авторам удалось решить сложнейшую инженерную задачу — превратить плоский сенсор в часть «электронной кожи» для роботов, позволив машинам чувствовать опасность и менять маршрут так же интуитивно, как это делает человек.
Как работает тактильное предупреждение
Группа специалистов из Университета штата Северная Каролина создала квадратное устройство размером чуть меньше водительских прав. Внутри находится микроконтроллер, крошечная батарея и датчики для мониторинга шести видов экологических угроз. Но главная деталь спрятана под поверхностью.
«Просто жужжащего мотора недостаточно, нужно действительно это почувствовать», — говорит соавтор работы Олуватоби Оджуаде.
Чтобы добиться этого, инженеры разместили на границе мотора и кожи текстурированную поверхность из микроскопических бугорков. Меняя их размер и плотность, ученые смогли создать четкую вибрацию, которую невозможно спутать с фоновым шумом.
При этом каждая угроза имеет свой собственный ритм. Если пластырь касается паров ртути, он выдает одну серию толчков, если находит угарный газ — другую. Это позволяет владельцу мгновенно понять характер опасности, даже находясь в полной темноте или при сильном шуме. В ходе тестов выяснилось, что сочетание экономных датчиков и тонких солнечных панелей на внешней стороне дает устройству около 24 часов автономной работы.
От защиты людей к защите машин
Во время сборки прототипа для человека команда задалась вопросом: может ли робот обрести схожее чувство осязания? Так появилась концепция e-skin — электронной кожи. На механическую конечность машины наложили слой сенсоров поверх пьезоэлектрического материала.
Схема оказалась изящной: когда датчик ловит угрозу и запускает моторчик для вибрации, эта самая дрожь бьет по пьезослою и создает электрический импульс. Робот буквально чувствует свою собственную реакцию. В испытаниях четвероногие механизмы успешно распознавали опасные зоны и самостоятельно меняли курс, чтобы обойти их стороной.
Технология построена из готовых деталей, где число уникальных элементов сведено к минимуму. Как отмечает доцент Амай Бандодкар, это открывает путь к быстрому масштабированию производства. Датчики можно менять местами, собирая защиту под конкретные задачи спасателей, заводских рабочих или исследователей дикой природы.
«Сочетание чего-то, что носят люди, с продвинутыми сенсорными возможностями и способностью предупреждать пользователя — это то, над чем мы работаем уже давно», — резюмирует суть многолетнего поиска Лилиан Сяо, соавтор проекта.
Изображение: носимый мультимодальный датчик, который обнаруживает газые, аэрозольные и водные токсины окружающей среды и предупреждает носителя с помощью уникальных тактильных кодов. Фото: Баха Эрим Узуноглу
