Умные очки научились превращать моргание, движения бровей и работу челюсти в электрический сигнал, который можно использовать для слежения за пульсом и мимикой. В прототип GlassTENG встроили три миниатюрных датчика, которым не нужно отдельное питание для регистрации движений: энергию для сигнала дают сами мышцы лица и пульсация сосудов.
Работает система за счёт трибоэлектрического эффекта, знакомого по обычному статическому электричеству. Внутри каждого датчика находятся два тонких гибких слоя. Когда лицо двигается, слои прижимаются друг к другу и расходятся, а возникающий электрический заряд превращает механическое движение в измеримый сигнал.
Датчики разместили там, где оправа постоянно касается лица. Один стоит на переносице и улавливает пульс, моргание и движение бровей. Второй касается области височной артерии и реагирует на движения челюсти, третий находится над височной мышцей возле уха и хорошо чувствует жевание и сжатие зубов.
Даже слабого движения оказалось достаточно для измерений. Пульсация артерии создаёт сигнал примерно 50-100 мВ, моргание и движение бровей дают 200-500 мВ, а жевание и сильное сжатие челюсти могут поднять напряжение до 1,5 В. Сила сигнала различается у разных людей из-за анатомии лица и силы мышц, поэтому при обработке показания приходится нормализовать.
Авторы проверили очки на 20 добровольцах. Участники моргали, поднимали брови, сжимали и постукивали зубами, разговаривали и ели, а алгоритм учился различать характерные рисунки электрических импульсов. Лучший классификатор определял действия с общей точностью 93,8%. Моргание и постукивание зубами система распознавала в 99% случаев, а самым трудным оказалось различить разговор и еду: движения челюсти при этих действиях слишком похожи.
Отдельно исследователи сравнили измерение пульса у десяти участников с нагрудным датчиком. Средняя абсолютная ошибка GlassTENG составила 1,82 удара в минуту при измерении в состоянии покоя. Авторы считают, что в будущем очки смогут постоянно следить за сердечным ритмом и замечать характерные движения челюсти, например при бруксизме, но медицинские возможности прототипа пока не проверяли.
Главная экономия энергии возникает именно на уровне датчиков. Электроника, которая принимает сигналы от трёх сенсоров, потребляет суммарно около 4,1 мкВт, тогда как многие оптические и мышечные датчики для носимой электроники требуют уже милливатты. Для лёгких очков разница особенно важна: крупная батарея увеличивает массу оправы и заставляет чаще заряжать устройство.
Полностью отказаться от аккумулятора разработчики пока не смогли. В нынешней версии энергия от движений лица создаёт измерительный сигнал, а обработка и запись данных требуют внешнего питания. Следующая задача авторов - объединить датчики с микроконтроллером и системой сбора энергии, чтобы очки могли работать без обычной батареи или хотя бы заметно реже нуждались в зарядке.
