Команда исследователей из Китая разработала необычное носимое устройство, позволяющее людям с ограниченной подвижностью управлять компьютером и погружаться в виртуальную реальность, просто двигая глазами. Более того, системе не нужен внешний источник питания — она получает энергию от обычного моргания.
Разработчики считают, что их решение способно со временем заменить многие современные системы отслеживания взгляда. Те, как правило, требуют подключения к сети, отличаются громоздкостью и нередко вызывают усталость глаз. Новый прототип, напротив, по весу и ощущениям сравним с обычными очками, а значит, гораздо удобнее в повседневном использовании. Особенно перспективной технология выглядит для людей с боковым амиотрофическим склерозом (БАС), заболеванием, при котором сильно страдают движения конечностей и мелкая моторика.
Как это работает
Система фиксирует мельчайшие движения глазного яблока и переводит их в осмысленные команды. Посмотрели влево — курсор сдвинулся в ту же сторону. Перевели взгляд вверх — прокрутили текст. В виртуальной реальности таким способом можно листать страницы или взаимодействовать с объектами, а в будущем — даже управлять инвалидной коляской, не прикасаясь к органам управления.
В основе устройства — два ключевых элемента. Первый выглядит почти фантастически: это ультратонкая, гибкая и прозрачная контактная линза из биосовместимого полимера PDMS. Ее надевают прямо на глазное яблоко. Вторая часть — специальные очки, в линзы которых встроены прозрачные датчики-электроды из оксида индия-олова (ITO).
Статическое электричество в деле
Технология опирается на принцип трибоэлектрического наногенератора (TENG). Проще говоря, это способ получать электричество из механического движения за счет статического заряда — примерно так же, как воздушный шарик прилипает к стене после трения о волосы.
Каждый раз, когда человек моргает, веко слегка трется о контактную линзу. В результате на ее поверхности накапливается отрицательный статический заряд. Удивительно, но одного моргания достаточно, чтобы линза сохраняла заряд до десяти минут. Когда глаз движется — вверх, влево или вправо, — заряд «путешествует» вместе с ним.
При приближении заряженной линзы к электродам в очках возникает эффект электростатической индукции: электроны в датчиках начинают смещаться, создавая слабый электрический импульс. Поскольку датчики расположены в виде решетки, система точно определяет направление взгляда по тому, какой из них «почувствовал» сигнал.
Обработка сигналов и точность
Очки соединены с миниатюрным блоком обработки данных. Он отфильтровывает помехи, усиливает полезный сигнал и преобразует его в конкретные команды — например, «двигаться влево» или «прокрутить вверх». По словам разработчиков, система сохраняет высокую точность даже в условиях сильных электромагнитных шумов.
Исследователи протестировали технологию как на живом кролике, так и на механических моделях глаз. Последние демонстрировали прокрутку текста за счет боковых движений — почти так же, как это выглядело бы при использовании в VR-среде.
«Мы были особенно удивлены тем, насколько хорошо фрикционный слой удерживает заряд в биологической среде — на глазу кролика», — отметил Юнь-Цзэ Лун из Циндаоского университета, один из авторов статьи, опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science. По его словам, не меньший интерес вызвала устойчивость системы к электромагнитным помехам.
Зачем это нужно
Вероятно, это первое устройство для отслеживания взгляда, которое полностью питается морганием пользователя. Выбор материалов и архитектура системы уже делают ее биосовместимой и практически незаметной при ношении — а значит, потенциал для доработки и коммерциализации у нее огромный.
Команда надеется, что в будущем подобные системы найдут применение в оборудовании для астронавтов, интеллектуальных системах помощи водителю и, конечно, в ассистивных технологиях для людей с инвалидностью. Управлять техникой одним лишь взглядом — идея, которая еще недавно казалась научной фантастикой, — становится все ближе к реальности.
