«Временную татуировку» превратили в стетоскоп

Одно из основных направлений современного материаловедения — миниатюрные эластичные интерфейсы, форм-фактор которых соответствует временной татуировке. За счет низких плотности и электрического сопротивления они могут размещаться, например, на коже для измерения ее проводимости и иметь различный «рисунок». Однако механо-акустические свойства таких «татуировок» изучены недостаточно. Прототипы, позволяющие регистрировать звук, были громоздкими и не обладали нужной чувствительностью.

В своей работе ученые из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне и других учреждений представили новый тип носимого сенсора. Он состоит из коммерческой маломощной микроэлектромеханической системы (МЭМС) с акселерометрами, резисторами и конденсаторами, заключенной в два слоя силиконового каучука. Функцию подложки выполняет липкая эластомерная оболочка, а электродов — медные пластинки. Толщина датчика составляет 20 миллиметров, вес — 213,6 грамма, по горизонтальной плоскости он может растягиваться на 25 процентов.

На первом этапе сенсор тестировался на различных частях тела: шее, груди и животе. Результаты показали, что он может фиксировать такие параметры, как открытие и закрытие клапанов сердца, кровоток в сонной артерии, вибрации голосовых связок и даже активность желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Затем датчик испытывался на пациентах со вспомогательным вентрикулярным устройством (имплантируется при аритмии). С помощью новой системы авторы сумели обнаружить в сосудах участников потенциально опасные тромбы.

Наконец система тестировалась как элемент интерфейса «человек-машина». С помощью сенсора, размещенного в районе кадыка, доброволец мог подавать голосовые команды компьютеру во время игры в Pac-Man. Точность распознавания слов при этом составила 90 процентов. По словам ученых, показатель можно улучшить за счет дополнительного оборудования и более широкой полосы пропускания. Описанный способ распознавания голоса может использоваться в других аналогичных системах, например для управления дронами и биопротезами.

Кроме того, чувствительность акселерометров в сенсоре может быть повышена до двух килогерц — это позволит ему распознавать весь спектр вибраций человеческого голоса. В таком случае датчик может использоваться как микрофон. Сейчас он настроен на 0,5–550 герц, что соответствует звукам, которые характерны для жизненно важных органов.