Используя трибоэлектрические наногенераторы, встроенные в умные очки, ученые создают электрическое напряжение с помощью движений лица, которое отражает данные о состоянии организма.
Команда инженеров из школы инженерии McCormick при Северо-Западном университете разработала "умные" очки, которые генерируют электрическое напряжение с помощью мимики для сбора данных о состоянии организма. Исследователи преобразуют механическую энергию, возникающую в результате движений лица, таких как движения челюсти, моргание и пульсация кровеносных сосудов на поверхности кожи, в небольшое напряжение с помощью трибоэлектрических наногенераторов (Triboelectric Nanogenerators – TENGs).
В "умных" очках, разработанных исследователями и получивших название GlassTENG, интегрированы три пьезоэлектрических наногенератора. Они используют пьезоэлектрический эффект, основанный на возникновении электричества при трении. Когда два различных материала соприкасаются и разделяются, электроны переходят с одной поверхности на другую, создавая небольшое электрическое напряжение. Материалы выбираются таким образом, что один материал склонен отдавать электроны, а другой – принимать их. Например, поливинилхлорид (ПВХ) и резина склонны к поглощению электронов (отрицательный заряд), в то время как шерсть и стекло, скорее, отдают электроны (положительный заряд).
Генерация электрического напряжения с помощью устройств трибоэлектрической энергии (TENG).
Наногенераторы, разработанные учеными, состоят из различных слоев материала, которые сжимаются и разжимаются под воздействием движений лица. Об этом говорится в статье "GlassTENG: Самостоятельно работающий трибоэлектрический наногенератор для регистрации пульса, движения челюсти и активности верхней части лица, основанный на использовании обычных очков", опубликованной в сборнике материалов Международного симпозиума ACM по носимым компьютерам 2026 года. Три генератора производят электроэнергию от различных движений лица: сжатия челюсти, давления, возникающего при моргании и движении бровей, а также давления, связанного с циркуляцией крови в височной артерии.
Три пьезоэлектрических генератора (TENG) расположены в оправе таким образом, чтобы максимально эффективно использовать движения. Один TENG находится рядом с угловой артерией и мышцами глаза, что позволяет ему преобразовывать пульс, моргания и движения бровей в электрическую энергию. Другой TENG, расположенный в области висков, улавливает поверхностные движения височной артерии и челюсти. Третий генератор находится рядом с ухом и использует жевательные движения и движения, возникающие при смыкании зубов, для выработки напряжения.
Генераторы создают различные уровни напряжения. Движения артерий генерируют электрические напряжения в диапазоне от 50 до 100 милливольт. Моторные реакции век и движения бровей приводят к возникновению напряжений в диапазоне от 200 до 500 милливольт. Наибольшее напряжение возникает при движении челюсти, генерируя значения до 1,5 вольта. Исследователи используют эти напряжения в качестве сигналов датчиков, чтобы на их основе делать выводы о частоте сердечных сокращений, моргании и движениях челюсти.
Сбор данных о физических параметрах.
Чтобы определить физиологические параметры на основе возникающих напряжений, 20 добровольцев выполняли различные действия, такие как моргание, поднятие бровей, сжатие зубов, постукивание зубами, прием пищи и разговор, при этом они носили устройство GlassTENG. С помощью алгоритмов машинного обучения ученые выявляли специфические паттерны активности, основываясь на напряжениях, возникающих в результате движений лица. Исследователям удалось впоследствии с точностью 93,8 процента определять конкретное действие по возникающим напряжениям.
Ученые считают, что технология GlassTENG может быть использована для получения информации о сердечно-сосудистой системе и неосознанном поведении пользователей. Например, очки могут определять, когда пользователь сжимает челюсти, и затем попросить его расслабиться. Также с помощью GlassTENG можно собирать данные об особенностях питания. Преимущество этой технологии заключается в ее низком энергопотреблении. Система требует всего 4,1 мкВт для работы всех трех датчиков. Традиционные сенсоры, используемые в носимых устройствах для здоровья, потребляют значительно больше энергии. Благодаря отсутствию крупных батарей, очки GlassTENG могут быть очень легкими и изящными. Ученые предполагают, что технологию TENG можно будет интегрировать непосредственно в существующие средства коррекции зрения.
Первоисточник — Heise
Сообщите редакции. Существенные исправления мы отмечаем в материале