Сообщение на тему электроника адаптированная к телу
Обновлено: 09.05.2024
В области накожной электроники можно выделить два основных подхода. Первый подход заключается в создании устройств, измеряющих различные физиологические показатели организма. Другой подход подразумевает не использование уже существующих возможностей человеческого тела, а их расширение. Редакция N + 1 решила выбрать самые примечательные разработки в этой области.
Накожной электронике, как и любой другой, требуется электропитание. Китайские ученые разработали для этого прозрачный и эластичный трибогенератор , который вырабатывает электрический ток при прикосновении к нему. Исследователи показали, что его мощности хватает даже для питания небольшого дисплея.
Американские инженеры предложили не приклеивать электронику к коже, а печатать ее прямо на ней всего за несколько минут. Для примера они напечатали на модели руки датчики давления, которые можно использовать как кнопки для управления устройствами и даже как пульсометр.
Американо-корейская группа ученых представила пластырь с миниатюрным акустическим датчиком, который может служить в качестве точного микрофона, который слышит только звуки, исходящие от носителя, но не окружающие шумы. С его помощью они даже поиграли в Pac-Man с голосовым управлением персонажами.
Корейские ученые создали прозрачный и гибкий тачпад , который можно закрепить прямо на руку, а точнее на предплечье. На его углы подается слабый ток, а при прикосновении к нему цепь замыкается. Координаты пальца в реальном времени вычисляются по изменению тока в углах, за счет чего такому тачпаду неважно, насколько он растянут. Это дает пользователю бóльшую свободу действий.
Поскольку носить на руке огромный тачпад или другое устройство не очень удобно, инженеры из MIT сделали миниатюрный тачпад , который прикрепляется на большой палец. Его можно использовать для управления компьютером или телефоном когда руки заняты. Например, во время приготовления пищи с помощью такого устройства можно листать рецепт, не выпуская из рук продукты и кухонные принадлежности.
Инженеры из Университета Карнеги — Меллон решили использовать в качестве устройства управления непосредственно кожу . Для этого они закрепили на руке специальный браслет с двумя электродами и высокочастотным излучателем. Когда человек касается предплечья, система вычисляет местоположение пальца по расстоянию от точки распространения сигнала до каждого из двух электродов Таким образом технология превращает руку в большой тачпад, с помощью которого можно управлять разными устройствами, к примеру играть в Angry Birds на часах.
Множество устройств были созданы для того, чтобы заставить вас, дорогие друзья, почаще вставать с кресла. Подобные гаджеты даже для детей делают. Но это, по большей части, развлечения — ведь при наличии определенного желания не составит труда и без носимых устройств улучшить свою жизнь здоровому (относительно) человеку.
Другое дело — люди, которые в силу врожденных или же приобретенных заболеваний имеют какие-либо ограничения. Как верно подметила Дж. С. Херц, в данный момент носимая электроника терпит фиаско в отношении людей, которые в таких устройствах на самом деле нуждаются.
В этом посте я немного расскажу о том, как разные носимые гаджеты помогают для исследования симптомов или же для лечения.
Болезнь Паркинсона
Суть проекта Фонда и Intel состоит в том, чтобы отслеживать проявления болезни для получения максимально подробной информации о пациенте, включающей качество сна и интенсивность тремора.
Болезни зрения
Вся система состоит из датчика с наушником костной проводимости и портативной базы на поясе, прикрепленной проводом.
Над подобным устройством работает сейчас Microsoft. Для этого компания купила патенты Osterhout Design Group. Устройство Alice Band носится на голове, оно распознает объекты вокруг, используя датчики и камеры, и также говорит о них пользователю.
Концепт гаджета был представлен в 2012 году в этом видео.
Паралич
Паралич — это страшно. Это очень страшно. И, наверное, пугает в нем более всего невозможность коммуницировать с другими людьми. Так как выразить свои мысли? Может, подключиться непосредственно к мозгу? Доктор Чанг из Сан-Франциско сейчас разрабатывает именно эту возможность.
Исследования проводятся следующим образом: больным эпилепсией во время операции на мозге помещается пластина электродов. Затем несколько дней эту сетку они не снимают (конечно, сложно что-то снять изнутри головы). Так врачи ищут источник эпилепсии, и заодно узнают больше об активности на поверхности мозга в зависимости от речи.
Как же это затесалось в статью о носимой электронике? А так: конечное устройство, возможно, будет больше похоже на шапочку. Вполне себе носимая вещь.
Диабет
Людям, больным диабетом, необходимо постоянно проверять уровень сахара в крови. Для этого используются глюкометры. Как правило, нужно сделать прокол в пальце и нанести каплю крови на полоску. Насколько удобнее было бы делать такую проверку с помощью какого-нибудь браслета! Но максимум, что мы на данный момент имеем, это неинвазивный глюкометр, делающий прокол лазером. Опять же требуются тестовые полоски, но хотя бы нет игл.
Не все так плохо, как кажется: носимых устройств на этом рынке немало. И есть даже гаджеты, способные круглосуточно и беспрерывно измерять сахар в крови. Но для их использования нужно дырявить себе животик, что малоприятно. На фото — устройство, созданное с применением технологии Guardian® REAL.
Кстати, браслет-глюкометр производила компания Cygnus Incв далеком 2002 году. Жаль, я об этом не знал, когда писал Историю умных часов.
Что же помешало проекту? Он был недостаточно эффективен с точки зрения точности результатов.
Раз уж мы говорим о замере глюкозы, то обязательно нужно упомянуть линзу от X Google. О ней я писал в этом посте.
Контактная линза из двух гибких слоев имеет микродатчик, измеряющий уровень сахара посредством анализа слезы. Работает он ежесекундно.
Эпилепсия
Как понять, отчего у человека наступает приступ эпилепсии? Устройство Dialog работает с приложением для смартфона, чтобы выявить внешние факторы, приводящие к приступу. Ну и напоминает о том, что пора пить таблетки — уж это любой смартфон может.
Когда устройство считает, что у владельца может наступить приступ — оно предупреждает, чтобы было время найти безопасное место или же вообще предотвратить припадок.
Болезни сердца
Людям с болезнями сердца недостаточно проверять пульс каждые три минуты, как это делают пульсометры. Для них лучше всего беспрерывный мониторинг. Как минимум — в течение нескольких дней раз в месяц, чтобы исследовать изменения. Максимум — постоянно.
Устройства для этого есть. Например, вот такая футболка от российских разработчиков.
Нельзя сказать, что на рынке нет носимых гаджетов для больных. И тем более, что нет идей, достойных воплощения и коммерциализации. Но и насыщенным его не назовешь. Так что стоит все-таки обратить больше внимания на то, что носимые гаджеты в сочетании с большими данными способны реально улучшать жизнь людей, а не только заставлять офисных клерков отрывать от стула задницы.
К категории носимой электроники относится очень большое количество гаджетов. Среди них: часы, очки и прочие устройства надеваемого форм-фактора. Прямое назначение носимой электроники — совмещать привычную форму и современную электронную начинку, именно поэтому ее можно и нужно носить с собой, где бы вы ни были.
Созданы маленькие солнечные панели, которые помещаются даже на мыльных пузырях
Примерно с 2010 года в мире появляется все больше компактных устройств. Речь идет о разного рода беспилотных дронах, медицинских сенсорах и так далее. Они способны выполнять сложные задачи вроде полетов на большую высоту, разведки территорий и слежения за здоровьем людей, но имеют один большой минус — малую длительность автономной работы. Так как эти устройства обладают небольшими размерами, их невозможно оснастить большими аккумуляторами. Решить эту проблему можно разве что установкой солнечных батарей. На данный момент большая часть этих источников питания тоже обладает внушительными размерами, но недавно арабские ученые разработали технологию, при помощи которых можно создавать крошечные и легкие панели. Сообщается, что при желании их можно установить даже на поверхность мыльных пузырей. Звучит интригующе, так что давайте разберемся в подробностях.
Время показало: Apple — лидер
В далекие восьмидесятые годы прошлого века компания Apple сумела сделать популярными персональные компьютеры. Новый двадцать первый век Apple начала компактными плеерами iPod, позволяющими слушать цифровую музыку везде и всегда. До тех пор, пока Стив Джобс не показал в 2007 году первый iPhone, смартфоны хотя и существовали, но не играли в жизни большинства людей никакой роли. Но есть и другая техника, которая не устаревает веками. Тысячелетие назад появились первые в истории человечества программируемые устройства и сейчас Apple лидирует по поставкам компьютеризированных версий этих продуктов.
Киборги идут: создан вживляемый фитнес-трекер размером меньше рисового зерна
Фитнес-трекеры, датчики ЭКГ и прочие полезные сенсоры имеют всего один (но довольно существенный) недостаток — их можно просто забыть надеть на руку или зарядить. А что если поместить устройство внутрь человеческого тела? Звучит как завязка произведения в стиле киберпанк? Вовсе нет. Это уже совсем скоро сможет сделать практически любой желающий благодаря миниатюрным вживляемым трекерам от IOTA Biosciences.
Одежда, которая мешает прогуливать школу и спать на уроках
Медицина в последнее время значительно продвинулась в восстановлении человеческого тела и лечении таких проблем, как слепота, глухота и утраченные конечности. Развивающиеся технологии, многие из которых доступны уже сейчас, включают имплантаты или носимые устройства. Они дают пользователям бионный внешний вид – признак того, что кибернетические технологии не за горами. Вот несколько разработок, а одно из них исключительно в целях искусства.
Две группы исследователей из Калифорнии создали искусственную кожу, используя различные подходы. Ученые из Стэндфордского университета основывали свое изобретение на органической электронике (сделанной из токопроводящих углеродных полимеров, пластиков или маленьких молекул) и создали устройство, в тысячу раз чувствительнее человеческой кожи. Исследователи из Калифорнийского университета для разработки искусственной кожи использовали интегральные матрицы нанопроводных транзисторов.
Целью обоих исследований было создание устройства, имитирующего человеческую кожу и способного в то же время растягиваться на большую и гибкую поверхность. Эти высокочувствительные искусственные кожи обеспечат носящим протезы людям чувство осязания, дадут хирургам более тонкий контроль над инструментами, а роботы с помощью этих устройств смогут поднимать хрупкие предметы, не ломая их.
Кроме того, исследователи из детского госпиталя Цинциннати работают над созданием искусственной кожи, обладающей устойчивыми к бактериям клетками, что значительно уменьшит риск инфицирования.
Каждый из нас в какой-то степени имеет глаз на затылке, но художник Вафаа Билал совершенно по-другому подошел к этому вопросу. В затылок Билала в рамках нового художественного проекта для музея в Доха, Катар, имплантировали цифровую камеру шириной 5 см и толщиной 2,5 см. Процедура включала вживление титановой пластины в голову Билала. Камера магнитами прикрепляется к пластине и подключается к компьютеру проводом, который художник носит с собой в специальной наплечной сумке.
Планировалось, что титановая пластина останется в голове Билала в течение года, чтобы записывать, что происходит за спиной художника во время его ежедневных действий. Но недавно Билал узнал, что его тело начало отторгать металлическое крепление, и потому ему придется сделать операцию по удалению пластины. Несмотря на эту неудачу, он планирует после выздоровления привязывать камеру к затылку и, таким образом, продолжать эксперимент.
Немецким докторам удалось создать сетчаточный имплантат, который в сочетании с камерой дает пациентам возможность видеть формы и объекты. Одному пациенту даже удалось самостоятельно ходить, подходить к людям, распознавать время по часам и различать 7 оттенков серого.
Сетчаточные имплантаты представляют собой микрочипы, оснащенные около 1500 оптическими датчиками. Они прикрепляются под сетчатку на глазном дне и соединяются проводом с маленькой внешней камерой. Камера фиксирует свет и отсылает изображение в форме электрического сигнала в имплантат через процессор. Затем имплантат подает данные в зрительный нерв, связывающий глазные яблоки с мозгом. Через него мозг получает крошечное изображение, 38х40 пикселей, при этом каждый пиксель ярче или темнее в соответствии с интенсивностью света, падающего на чип.
Исследователи работали над проектом семь лет и сейчас отмечают, что изобретение демонстрирует, как можно восстановить оптические функции и помочь слепым людям в повседневной жизни.
Задачей проекта SmartHand является создание сменной руки, которая будет настолько близка по функциям к утраченной, насколько это возможно, и исследователи активно продвигаются к намеченной цели.
SmartHand – это сложный протез с четырьмя двигателями и 40 датчиками. Исследователи из различных стран Европейского Союза разработали руку таким образом, что она прямо подключается к нервной системе пользователя, что позволяет обеспечить реалистичные движения и чувство осязания.
SmartHand создает ощущение призрачной руки, известное многим, потерявшим конечность. Это дает пациенту впечатление, что SmartHand действительно является частью тела. Устройство еще на стадии разработки, но первый пациент, швед Робин аф Екенстам, может поднимать предметы и ощущать кончики пальцев протеза.
Ученые, работающие со SmartHand, планируют в конечном итоге покрыть протез искусственной кожей, что даст мозгу еще больше тактильных ощущений. Исследователи говорят, что они будут изучать реципиентов SmartHand, чтобы понять, как со временем улучшить устройство.
До появления SmartHand Кевин Варвик из Университета Ридинг, Великобритания, использовал кибернетику для контролирования механической руки, подсоединенной к его нервной системе, в то время как он находился в Нью-Йорке, а рука – в Англии.
Имплантат был подсоединен к нервной системе Варвика в 2002 году, что дало ему возможность дистанционно контролировать роботизированную руку. Сигналы отправлялись в Интернет через радиопередатчик. Именно этот процесс дал исследователям информацию для разработки протеза в рамках проекта SmartHand.
В последние годы развитие протезов прошло долгий путь, в результате чего были созданы руки, дающие пользователям тактильные ощущения, и ноги, позволяющие пробегать большие расстояния. Сегодня нас могут оснастить протезными щупальцами, позволяющими лучше хватать предметы.
Недавняя выпускница Вашингтонского университета Кайлин Кау спроектировала руку в рамках проекта разработки альтернатив распространенным на сегодняшний день протезам. Изобретенная Кау рука гибкая и регулируемая, ее зажим можно изменять в зависимости от формы предмета, который хочет взять пользователь. Количество витков в руке контролируется двумя кнопками, расположенными на протезе; они заставляют двигатель либо усиливать, либо ослаблять витки через два кабеля, протянутых вдоль руки.
Кохлеарные имплантаты спроектированы для помощи имеющим проблемы со слухом. В отличие от слуховых аппаратов, которые усиливают звук так, чтоб его могло различить пострадавшее ухо, кохлеарные имплантаты минуют поврежденную часть уха и напрямую стимулируют слуховой нерв. Сигналы, генерируемые имплантатом, посылаются при помощи слухового нерва в мозг, который распознает их как звуки.
Были разработаны различные типы кохлеарных имплантатов, но все они имеют несколько общих деталей: микрофон, улавливающий звук, устройство для обработки сигналов, превращающий звук в электрические импульсы, и система передачи, которая отсылает электрические сигналы в электрод, имплантированный в ушную раковину.
Исследователи работают над способом более незаметного интегрирования медицинских устройств в тело пациента.
Имплантаты в мозг или другие части нервной системы становятся вполне обыденным явлением в медицинских процедурах. Такие устройства, как кохлеарные имплантаты и мозговые стимуляторы для работы используют электроды, вживленные в мозг. Но в то время как эти устройства могут значительно помочь пользователям, исследователи обеспокоены тем, что металлические электроды могут повредить мягкие ткани.
Ученые из Университета Мичигана работают над созданием проводящего полимерного покрытия (молекул, без проблем проводящих электрический ток), которые будут нарастать вокруг электрода в мозге, создавая материал для лучшей защиты окружающих мозговых тканей. Они надеются получить желаемый результат при помощи материала с малыми объемами другого полимера; ученым удалось заставить проводящий полимер формировать текстуру вокруг электрода.
Тогда как сетчаточные имплантаты являются способом восстановления зрения, изготовители устройства BrainPort предпочли другой подход к предоставлению слепым возможности передвигаться в мире.
Устройство превращает образы в электрические импульсы, которые отсылаются в язык, где они вызывают щекочущее ощущения, воспринимаемые пользователем для ментальной визуализации окружающих предметов и передвижения среди объектов.
Как объясняют создатели устройства, BrainPort дает возможность пользователям находить входные двери и кнопки лифта, читать буквы и цифры, а также брать чашки и вилки за обеденным столом без необходимости шарить руками.
Перспективные технологии появлялись и появляются на протяжении всего существования человечества. Это толкает прогресс и экономику вперед. Технологии способны улучшить некоторые стороны жизни, добавить комфорта и удовольствий, но и совершить настоящую революцию, изменив жизнь всего человечества. Пройдя огромный путь от скребков и палок-копалок до сверхточных манипуляторов и 3D мониторов, человечество не собирается останавливаться. И это правильно. Рассмотрим лишь некоторые сверхсовременные разработки, которые предлагают нам передовые компании и ученые.
Печать из металла на 3D-принтере
В 2018 году, наконец-то, стало возможным дальнейшее развитие перспективных технологий печати изделий из металла на более быстрых принтерах. Кроме того, стоимость готовых объектов тоже снизилась. Для печати металлических изделий изобретено несколько девайсов. Это принтеры различных американских компаний, таких как Национальная лаборатория Лоренса Ливермора, Markforged, Desktop Metal и General Electric.
Для чего эти современные перспективные технологии нужны? А для того, чтобы быстро и легко создавать новые запчасти для тех же автомобилей и даже самолетов. Использовать для 3D-печати можно различные сплавы металлов. Эта технология позволит расширить ассортимент компаниям, производящим запчасти в больших масштабах.
Принтеры от компании Markforged уже можно приобрести. Такое устройство стоит по меркам данной отрасли перспективных технологий недорого – всего 100 тыс. долларов.
Электроника, адаптированная к телу
Девайсы данного перспективного направления технологий уже выпускаются или вот-вот войдут в массовое производство. Для чего они нужны? Для помощи людям с ограниченными возможностями. Например, тактильные ботинки сильно облегчают жизнь слепым и слабовидящим. Для помощи врачам и пациентам. Очки "Гугл гласс", например, уже используются медиками и помогают им получать данные во время операций. Это направление в технологиях одно из самых важных и полезных. И в скором будущем электроника, адаптированная к телу, будет использоваться чуть ли не всеми людьми на планете.
3D-дисплеи со стереоскопическим изображением
Ведущие мировые бренды в области электроники участвуют в развитии перспективных направлений технологий, позволяющих человеку видеть стереоскопическое изображение при помощи ЖК-мониторов. Такие разработки есть и в США, и в Японии, и в Корее, и в Европе. Некоторые из них позволяют видеть объемное изображение на экране при помощи специальных 3D-очков, а некоторые – без дополнительных приборов, просто невооруженным глазом.
Пока эти перспективные технологии ограничиваются дороговизной программного обеспечения. Да и ассортимент на данный момент довольно скуден. Несмотря на это, первые модели мониторов, на которых можно смотреть 3D без очков, серийно выпускаются брендами: NEC, Philips и Sharp.
Но предполагается, что все трудности в скором времени устранят, поскольку очень много компаний занимается разработками в этой сфере перспективных направлений современных технологий. Так что в ближайшем будущем у нас появится возможность наслаждаться стереоскопическим изображением без использования дополнительных гаджетов, не выходя из дома.
Такого рода мониторы выпускают или собираются выпускать не только производители телевизоров, но и компании, которые разрабатывают и собирают персональные компьютеры. Поэтому в перспективе, имея такой ноутбук, можно будет наслаждаться стереоскопическими изображениями и видео в любой точке мира, беря девайс с собой.
В реальном мире такой девайс появился совсем недавно. Это наушник, подключающийся к смартфону и позволяющий слушать почти синхронный перевод того, о чем говорит собеседник, чьего языка вы не понимаете.
Разработчиком этой, несомненно, перспективной технологии является Google. И хотя устройство еще не вполне совершенно (наушник в ухо вставляется плохо), это уже настоящий прорыв. А доработка устройства – сущие мелочи. Зато какие возможности для общения теперь открываются людям! Стоимость этого чуда техники – 159 долларов, а называются они Pixel Buds.
РНК-терапия
Еще одна разработка в сфере медицины и биологии поможет пациентам редкими генетическими заболеваниями и болезнями, связанными с нарушением обмена веществ, вести вполне нормальный образ жизни.
Эта перспективная технология – таблетки или капсулы, которые при попадании в организм помогут регулировать то или иное вещество в их крови. Основано это на том, что такие девайсы помогают собирать белки. Вот как важно изучение сути РНК.
Телеприсутствие
Эта технология уже, в принципе, внедрена в работу некоторых профессий, например: роботы-саперы, беспилотные самолеты или медицинские аппараты для операций. Еще сюда можно отнести приборы, которые погружают в опасные скважины или отправляют в ту или иную агрессивную среду. Разработка хороша тем, что поможет сберечь жизни и здоровье многих людей.
Принцип работы телеприсутствия заключается в том, чтобы управлять роботом либо манипулятором, имея возможность наблюдать за всеми действиями визуально. То есть не находиться в том или ином месте физически. Одна из самых добрых и мирных разработок ученых.
Искусственные эмбрионы
Данная разработка ученых вызывает массу споров на этической почве. Но смысл ее в том, чтобы вырастить из стволовых клеток эмбрион до определенного момента. Такая разработка может говорить о том, что когда-то станет возможно размножение без участия родителей. Буквально не нужны будут ни сперматозоиды, ни яйцеклетки. Просто несколько стволовых клеток, позаимствованных у другого эмбриона.
К счастью, человеческий эмбрион еще никто не взялся выводить. Пока ученые остановились на крысах. Но получается у них все весьма успешно. Да и неизвестно, станут ли выводить эмбрион человеческого существа. Ведь как понять, когда он начнет чувствовать боль, какая будет выживаемость у таких экспериментальных образцов? Пока выносить детеныша способна только самка.
Разработкой руководит женщина по имени Магдалена Церника-Гетц. Проект этот американский.
Изображение без экрана
Такие разработки ведутся довольно давно. Тут используется 2 принципа. Первый – это использование бионических контактных линз. В этом случае изображение буквально транслируется к нам на сетчатку. Второй принцип – это проектор, который создает голограмму с большим и четким разрешением.
Вероятно, такие разработки помогут человечеству через какое-то время использовать вместо экранов другие поверхности, которые будут менее громоздкими, более дешевыми и экологичными.
Природный газ с нулевым выбросом
Природный газ является одним из самых экологически чистых и перспективных видов топлива в наше время. Но все-таки он загрязняет окружающую среду, выбрасывая довольно много углерода в атмосферу во время сгорания. И именно потому, что целых 22 % электричества во всем мире получают, используя природный газ, а в перспективе эти цифры только увеличатся, ученые, работающие на экспериментальной электростанции, базирующейся неподалеку от Хьюстона, задались целью приблизить количество выбросов при сжигании газа к нулю.
Идея разработок состоит в том, чтобы уловить углерод буквально сразу после сгорания. Таким образом, если работа ученых принесет плоды, нас ждет более чистый мир.
Читайте также: