Носимая электроника: управление машинами жестами в движении

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего представили инновационную носимую систему, позволяющую управлять машинами и роботами с помощью повседневных жестов. Эта технология успешно функционирует даже в условиях сильного движения, таких как бег, поездка в транспорте или нахождение в турбулентной среде.

Разработка, описанная в журнале Nature Sensors, объединяет растяжимую электронику и искусственный интеллект (ИИ) для решения давней проблемы в области носимых устройств: надежного распознавания сигналов жестов в реальных условиях. Статья опубликована под названием "Шумоустойчивый интерфейс человеко-машинной системы на основе носимых датчиков с усилением глубоким обучением".

Существующие носимые технологии с датчиками жестов хорошо работают в статичном положении, но сигналы начинают искажаться при избыточном движении, что ограничивает их практическое применение в повседневной жизни. Новая система преодолевает это ограничение благодаря интеграции ИИ, который в режиме реального времени очищает зашумленные данные датчиков. Это позволяет повседневным жестам надежно управлять машинами даже в очень динамичных условиях.

Потенциальные области применения

Технология открывает новые возможности для пациентов, проходящих реабилитацию, или людей с ограниченной подвижностью, позволяя им управлять роботизированными помощниками с помощью естественных жестов, не требуя развитой мелкой моторики.

Промышленные рабочие и спасатели смогут использовать это устройство для управления инструментами и роботами в условиях сильного движения или опасной среды. Система также может быть полезна дайверам и операторам для управления подводными роботами в условиях турбулентности. В потребительских устройствах она сделает управление жестами более надежным в повседневной жизни.

Разработка является результатом сотрудничества лабораторий профессоров Шэна Сюй (Sheng Xu) и Джозефа Вана (Joseph Wang) на инженерном факультете Калифорнийского университета в Сан-Диего. По мнению исследователей, это первый носимый человеко-машинный интерфейс, надежно работающий при широком спектре нарушений движения, что соответствует естественным движениям человека.

Принцип работы и тестирование

Устройство представляет собой мягкую электронную накладку, которая крепится на тканевую повязку. Оно интегрирует датчики движения и мышечной активности, Bluetooth-микроконтроллер и растяжимую батарею в компактную многослойную систему.

Система обучалась на основе комплексных данных, включающих реальные жесты и различные условия движения: от бега и тряски до имитации движения морских волн. Сигналы с руки улавливаются и обрабатываются специализированной платформой глубокого обучения, которая устраняет помехи, интерпретирует жест и передает команду на управление машиной, например, роботизированной рукой, в режиме реального времени.

Это достижение приближает нас к интуитивным и надежным человеко-машинным интерфейсам, которые могут быть использованы в повседневной жизни. Система успешно прошла тестирование в различных динамических условиях, включая управление роботизированной рукой во время бега, воздействие высокочастотных вибраций и комбинированные нагрузки. Также была проведена валидация в условиях, имитирующих морскую среду, с использованием специализированного симулятора.

Широкие перспективы для носимых технологий

Изначально проект был вдохновлен идеей помощи военным дайверам в управлении подводными роботами. Однако команда быстро осознала, что помехи от движения являются общей проблемой для всего рынка носимых технологий, ограничивающей производительность таких систем. Эта работа предлагает новый метод шумоподавления для носимых датчиков, открывая путь к следующему поколению носимых систем, которые будут не только растяжимыми и беспроводными, но и способными обучаться на основе сложных сред и индивидуальных особенностей пользователя.