Биополе, аура и прочая эзотерика находят реальное воплощение в слабых электромагнитных полях. Рыбки семейства клюворылых (мормириды) способны определять пищу в мутной воде и даже в иле, чувствуя её по слабым возмущениям электромагнитного поля. Учёные из Гонконга воспроизвели систему сенсорики этих рыбок в биосовместимых накладках и намерены вооружить ею человека и автоматику.
Источник изображений: City University of Hong Kong
«Мы разработали новую стратегию 3D-позиционирования движения с помощью электронной кожи, вдохновленную ”электрической рыбой"», — рассказал Син Ю (Xinge Yu), профессор кафедры биомедицинской инженерии Городского университета Гонконга. Команда описала свой датчик, который использует ёмкость для обнаружения объекта независимо от его проводимости, в статье, опубликованной в ноябре в журнале Nature.
Один слой датчика действует как передатчик, генерируя электрическое поле, которое выходит далеко за его пределы. Другой слой работает как приёмник, который способен определять как направление, так и расстояние до объекта. Это позволяет сенсорной системе «чувствовать» местоположение объекта в трёхмерном пространстве.
Электродные слои датчика изготовлены из биогеля, нанесенного с обеих сторон на диэлектрическую подложку из полидиметилсилоксана (PDMS) — это полимер на основе кремния, популярный материал в биомедицине. На передающей и принимающей частях создан рисунок, формирующий и распознающий электромагнитные поля — фактически антенны. Всё это заключено в прозрачный биогель, гибкий и совместимый с биологией человека. Своеобразный пластырь может растягиваться и сгибаться, например, плотно облегая запястье человека.
Когда в зоне действия поля датчика оказывается посторонний объект, его фиксирует приёмник. Благодаря массиву сенсоров определяется направление до объекта и, в целом, его расположение в трёхмерном пространстве. Прототип датчика оказался способен распознавать объекты на воздухе в пределах 10 см, а под водой — до 1 м. Лёгкие преграды из ткани или бумаги не мешали распознавать «возмутителей» спокойствия, но появление в пределах 40 см от датчика другого человека или массивных предметов снижали точность распознавания.
Разработчики создали платформу максимально энергоэффективной. В конечном итоге датчик передаёт на смартфон данные об обстановке по Bluetooth. Передаются не сырые данные об окружении, а уже обработанный результат, подготовленный для финальной обработки. Тем самым экономится энергия и ресурсоёмкая передача осуществляется лишь по необходимости. Простой контроллер и схема обработки данных встроены в пластырь и залиты биогелем. Встроенная туда же литийионная батарейка заряжается беспроводным способом через электромагнитную катушку.
Разработка обещает улучшить ориентацию в сложной среде людей и роботов, но пока она может хорошо распознавать лишь объекты определённого размера, в частности 8 мм в диаметре. Меньшие предметы определяются с плохой точностью, а более крупные — слишком медленно. Сейчас подобное устройство можно использовать, например, для распознавания жестов, показанных кончиками пальцев, но работы ещё много, и исследования будут продолжены.