Ваше лицо — это электростанция, и вы всю жизнь эксплуатировали её бесплатно. Каждое моргание и сжатие челюстей высвобождают крошечный всплеск механической энергии, который просто исчезает. Команда из Северо-Западного университета выяснила, как уловить эту энергию, используя статическое электричество — то самое, которое заставляет воздушный шарик прилипать к волосам. Их прототип очков GlassTENG использует эту энергию для работы датчиков, отслеживающих ваш пульс, моргание и сжатие челюстей. С точки зрения сбора энергии это фантастическое достижение, и мне бы хотелось увидеть такую технологию во всём — от наушников до стелек для обуви.
Но есть и обратная сторона, поскольку умные очки и так уже вызывают наибольшее недоверие, учитывая, что Ray-Bans от Meta снимают видео с незнакомцами в кофейнях, а аккумулятор требует подзарядки через несколько часов — это единственное реальное ограничение. Три датчика GlassTENG, разработанные в лаборатории воплощённых систем VAK под руководством Ниведиты Ароры, потребляют всего 4,1 микроватта в совокупности, и команда стремится полностью отказаться от батареи. Это устранит последнее препятствие на пути к постоянно активным «компьютерам на лице». Ваш пульс и сжатие челюстей — это глубоко личные данные, и такие очки могут регистрировать их круглосуточно. С другой стороны, если такие очки всё равно появятся, я бы предпочёл, чтобы они работали на энергии моргания, а не на литий-ионных батареях, прикреплённых к моей голове.
Дизайнеры: Ниведита Арора, Радж Дэйв, Йованис Проданич и Юнг-чин Лай (Северо-Западный университет)
Силиконовый «сэндвич», который превращает моргание в напряжение
Датчик представляет собой двухслойный «сэндвич» из PDMS — мягкого силикона — и FEP — скользкого фторполимера из семейства тефлона. Когда слои сжимаются и расходятся, один отбирает электроны у другого — это тот же трюк с воздушным шариком и волосами, только в лабораторном халате. Серебряные электроды толщиной 150 нанометров собирают возникающее напряжение. Пульс — самый слабый сигнал, около 50–100 милливольт, в то время как моргание и поднятие бровей дают 200–500 милливольт. Сильное сжатие челюстей достигает примерно 1,5 вольт — этого достаточно, чтобы тонкий слой материала мог отличить сердцебиение от жевания.
Используемый силикон — Sylgard 184, смешанный в пропорции 10 к 1, дегазированный, нанесённый методом центрифугирования до толщины примерно 490 микрон (около 0,02 дюйма) и оставленный затвердевать на ночь. FEP обрабатывают кислородной плазмой с обеих сторон, что делает поверхность более шероховатой и увеличивает площадь контакта с силиконом. Сначала команда обработала только одну сторону, но затем обнаружила, что обработка обеих сторон заметно усиливает сигнал. Силикон соприкасается с кожей, а интерфейс обмена зарядами остаётся герметичным внутри, поэтому кожные жиры не влияют на показания. Это похоже на кулинарное шоу, только вместо духовки используется вакуумная камера.
Три датчика, три точки и давление вашей головы
Один датчик расположен на переносице над угловой артерией, где он считывает пульс, интенсивное моргание и поднятие бровей. Второй находится на небольшой дужке возле виска и нацелен на поверхностную височную артерию, чтобы фиксировать сжатие челюстей, постукивание и жевание. Третий встроен в дужку возле уха, и здесь конструкция становится особенно продуманной: естественное давление оправы на голову обеспечивает необходимое контактное давление бесплатно. Первые 3D-напечатанные носоупоры обеспечивали неравномерный контакт, поэтому команда заменила их на регулируемые стандартные носоупоры от обычных очков. Десятилетия эргономики в оптике превзошли специально разработанные детали — это должно смирить любого дизайнера.
В исследовании с участием 20 человек, половина из которых регулярно носят очки, классификатор Random Forest (модель машинного обучения, которая «голосовает» множеством решающих деревьев) распознал шесть действий с точностью 93,8%. Интенсивное моргание и постукивание зубами были распознаны с точностью 99%. Пульс определялся с отклонением в 1,82 удара в минуту по сравнению с нагрудным датчиком Polar H10 — измерения проводились на 10 сидящих добровольцах в состоянии покоя. Слабым местом оказалась распознавание разговора — точность составила 55%, и система в 37% случаев принимала разговор за еду, поскольку оба действия задействуют одну и ту же мышцу челюсти. Пока ваши очки могут решить, что вы жуёте сэндвич, когда вы просто возмущаетесь, и, честно говоря, я знаю таких людей.
4,1 микроватта: число, которого должны бояться характеристики любых батарей
Эти 4,1 микроватта покрывают затраты на интерфейсную часть сенсора, схему, которая очищает сигнал сенсора, и они кажутся крошечными по сравнению с альтернативами. В статье указано, что оптические датчики пульса (светящиеся зелёные огни на ваших смарт-часах) потребляют от 1 до 10 милливатт, а датчики мышц на гелевой основе — от 10 до 160 милливатт. Авторы подсчитали, что при использовании батареи ёмкостью 100 мАч интерфейсная часть GlassTENG будет расходовать менее половины минуты работы, в то время как оптический датчик израсходует несколько часов. Прототип по-прежнему использует небольшую батарею для микроконтроллера и Bluetooth, а полностью безбатарейная работа указана как задача на будущее. Тем не менее сокращение затрат на сенсоры практически до нуля — это то, что позволяет оправе оставаться просто оправой.
Ray-Ban Meta Gen 3 начинается с цены в 449 долларов и обеспечивает девять часов работы от одного заряда, в то время как Meta Ray-Ban Display стоит 799 долларов, и чехол для зарядки остаётся основным ограничителем того, как долго эти очки смогут наблюдать за миром. У GlassTENG пока нет ни цены, ни даты выпуска, поэтому в этот праздничный сезон никто не сможет его купить. Я был бы рад увидеть самопитающиеся сенсоры в наушниках, стельках и медицинских пластырях. С очками сложнее, потому что чем умнее становится сенсор, тем меньше у компании оправданий для того, чтобы не использовать его. Тем не менее, если компьютерные очки всё равно появятся, я выберу пару, питающуюся от моих дёргающихся век, а не ту, в которой литий-ионный элемент питания расположен рядом с виском.
