ابتكار ثوري.. ملصق يحول حركاتك إلى كلمات

المحتوي

تخيل أنك ترتدي ملصقًا رفيعًا ومرنًا يمكنه تحويل حركة يدك أو إصبعك إلى تواصل دون الحاجة إلى قول كلمة واحدة أو النقر على شاشة تعمل باللمس.

طور الباحثون نوعًا جديدًا من أجهزة الاستشعار التي يمكن ارتداؤها والتي يمكنها تحقيق هذا العمل المستقبلي. كما يمكن أن تفتح إمكانيات جديدة لتطبيقات إعادة التأهيل ومساعدة الأشخاص ذوي الإعاقة على التواصل بسهولة أكبر.

يجمع المستشعر الجديد بين مادة ناعمة ومرنة تسمى polydimethylsiloxane، أو PDMS، مع مكون بصري يعرف باسم Fiber Bragg grating (FBG). وقد صممه الباحثون ليكون مريحًا عند ارتدائه على المدى الطويل، مع القدرة أيضًا على اكتشاف الحركات بدقة عالية.

تم نشر ورقة تصف هذه التقنية في مجلة Biomedical Optics Express .

وقال كون شياو من جامعة بكين للمعلمين في الصين: “بالنسبة لشخص يتعافى من السكتة الدماغية، يمكن لهذه المستشعرات مراقبة حركات المعصم أو الأصابع أو حتى الوجه لمراقبة تقدم عملية إعادة التأهيل”. “بالنسبة للأفراد الذين يعانون من إعاقات شديدة في الحركة أو الكلام. كما يمكن لأجهزة الاستشعار ترجمة الإيماءات أو تعبيرات الوجه إلى كلمات أو أوامر. مما يمكنهم من التواصل مع الآخرين أو التفاعل مع التكنولوجيا بسهولة أكبر.”

قوة الأداء

وأوضح الباحثون، وهم فريق متعدد التخصصات من الباحثين في الهندسة البصرية والطبية الحيوية والبرمجيات والكهربائية من جامعة بكين للمعلمين، وجامعة صن يات صن. وجامعة قويلين للتكنولوجيا الإلكترونية، وجميعها في الصين، أن أجهزة الاستشعار أظهرت مستوى عالٍ من الأداء. الحساسية والدقة أثناء الاختبارات التي تتضمن التعرف على الإيماءات والمساعدة في الاتصال.

وقال روي مين من جامعة بكين للمعلمين: “إلى جانب اكتشاف الحركة، يمكن تصميم هذه المستشعرات القابلة للتكيف لتطبيقات مثل مراقبة المؤشرات الصحية الأخرى مثل الجهاز التنفسي أو معدل ضربات القلب من خلال الكشف عن حركات الجسم الدقيقة”. “يمكن أن تكون مفيدة أيضًا للرياضيين أو عشاق اللياقة البدنية لمراقبة وتحسين شكلهم أو أسلوبهم في الوقت الفعلي أو دمجها في أنظمة الألعاب للحصول على تجارب أكثر غامرة وتفاعلية.”

يعد هذا العمل الجديد جزءًا من مشروع أكبر يهدف إلى تطوير تقنيات مساعدة مبتكرة، وهو مستوحى من التحديات التي يواجهها الأشخاص ذوو الإعاقة وأولئك الذين يتعافون من حالات مثل السكتات الدماغية، والذين غالبًا ما يعانون من الحركات الأساسية والتواصل.

وقال تشو وانغ من جامعة بكين للمعلمين: “إن الأساليب التقليدية إما مرهقة للغاية، أو تفتقر إلى الدقة، أو لم تكن متعددة الاستخدامات بما يكفي لتلبية الاحتياجات الفردية”. “كان هدفنا هو تطوير حل يمكن ارتداؤه يكون دقيقًا في اكتشاف الإيماءات ومريحًا للاستخدام اليومي، ويقدم نهجًا أكثر تخصيصًا وتكيفًا لإعادة التأهيل والمساعدة.”

وللقيام بذلك، قام الباحثون بإنشاء رقع مصنوعة من PDMS، وهو نوع من المطاط الصناعي السيليكوني الذي يتميز بالمرونة الشديدة والصديق للبشرة. وهذا يسمح للناس بارتدائها لفترات طويلة دون تهيج أو إزعاج. ولمنح الرقعة قدرتها على استشعار الحركة، قام الباحثون بدمج نظام PDMS مع FBGs، وهو نوع من العاكس المحفور في جزء قصير من الألياف الضوئية ليعكس أطوال موجية محددة بينما ينقل جميع الأطوال الموجية الأخرى.

يتيح المستشعر اكتشاف التغييرات الطفيفة في طريقة انتشار الضوء عبر الألياف الضوئية أثناء الحركة ، مما يسمح للنظام باكتشاف حركات معينة من خلال تحليل التغييرات في سلوك الضوء.

وقال تشوانكسين تنغ من جامعة قويلين للتكنولوجيا الإلكترونية: “إن الفائدة الحقيقية تأتي من الجمع بين PDMS وFBGs”. “لقد وجدنا أن استخدام رقعة PDMS الأكثر سمكًا تسبب في حدوث تحول أكثر وضوحًا في الطول الموجي. إن الاستفادة من هذا التأثير المعزز للحساسية لـ PDMS يسمح لهذه المستشعرات الضوئية باكتشاف حتى أدنى انحناء للإصبع أو التواء في المعصم.”

يمكن تطبيق أجهزة الاستشعار على أجزاء مختلفة من الجسم لمجموعة واسعة من التطبيقات. كما طور الباحثون طريقة معايرة دقيقة تسمح بتخصيص أجهزة الاستشعار لتناسب كل مستخدم. مما يجعلها قابلة للتكيف مع التطبيقات المختلفة.

تحويل الحركة إلى اتصال

لإثبات قدرات أجهزة استشعار FBG القابلة للارتداء والمضمنة في PDMS. أجرى الباحثون سلسلة من الاختبارات التي ركزت على التعرف على الإيماءات والمساعدة في الاتصال.

وبعد معايرة أجهزة الاستشعار للمشاركين الأفراد. قاموا بتوصيل أجهزة الاستشعار بأجزاء مختلفة من الجسم، مثل المعصم والأصابع. لاكتشاف الحركات المختلفة. كما قاموا بتطوير نظام يمكّن أجهزة الاستشعار من ترجمة الإيماءات البسيطة إلى أوامر أو رسائل. على سبيل المثال، استخدموا حركات الأصابع لتهجئة الكلمات.

حساسية ودقة

وفي كلا الاختبارين.. أظهرت المستشعرات مستوى عالٍ من الحساسية والدقة في التعرف على مجموعة واسعة من الإيماءات. يمكنهم اكتشاف الحركات الدقيقة التي قد يكون من الصعب على بعض أجهزة الاستشعار التقليدية التقاطها. نجحت أجهزة الاستشعار في ترجمة الإيماءات إلى كلمات في تجربة المساعدة على التواصل. مما أظهر إمكاناتها كتقنية مساعدة للأفراد الذين يعانون من إعاقات في الكلام أو الحركة.

ويعمل الباحثون الآن على تحسين هذه التكنولوجيا وصقلها لجعلها جاهزة للاستخدام العملي ولمزيد من الدراسات من خلال التجارب السريرية. ويتضمن ذلك جعل نظام الاستشعار أصغر حجمًا وأكثر تكاملاً بحيث يمكن ارتداؤه بسهولة. بالإضافة إلى تعزيز قدرة أجهزة الاستشعار على التواصل لاسلكيًا مع الهواتف الذكية أو أجهزة الكمبيوتر أو الأجهزة الطبية.

علاوة على ذلك.. سيسمح للمستخدمين بالتفاعل مع التكنولوجيا ومساعدة مقدمي الرعاية أو المتخصصين الطبيين على مراقبة التقدم أو البيانات في الوقت الفعلي.

كما يقومون أيضًا بإجراء تحسينات على قوة ومتانة أجهزة الاستشعار للتأكد من قدرتها على تحمل التآكل اليومي. بما في ذلك التعرض للرطوبة والحرارة والتمدد.