Бостонский Северо-Восточный университет и гаджеты будущего

Футболка Squid Shirt

Устройства, снимающие какого-то рода показания во время занятий спортом, сегодня можно встретить едва ли не повсюду. Часы с GPS уже стали привычным делом; компании вроде Jawbone экспериментируют с форм-фактором, а AT&T и Under Armour размещают сенсоры внутри одежды. Студентам из Северо-Восточного университета, что находится в Бостоне, США, последняя идея пришлась по душе, поэтому они решили создать и свое устройство из линейки подобных, поместив электроды на термофутболку. Предмет одежды является только частью системы под названием Squid, в которую также входят программа для смартфона и сайт для наблюдения за результатами упражнений. В отличие от других программ для измерения частоты сердечных сокращений (ЧСС) и отслеживания вашего местоположения с помощью GPS, Squid способна замерять непосредственно саму мышечную активность и считать количество раз выполненного упражнения в течение одного подхода. Скорее всего, эта футболка не почувствует разницы между качанием пресса и жимом штанги, но тем не менее, у вас одной заботой меньше, поскольку нет необходимости держать в голове, сколько же сделано наклонов или жимов, а можно полностью сконцентрироваться на выполнении упражнения. Пока что ничего не известно о дате, когда система станет доступна широкой публике.

Журналисты проникли в святая святых учебного заведения – его исследовательский центр (Egan Research Center) – чтобы попробовать Squid Shirt в действии, ведь до этого нам приходилось видеть ее только в демонстрационных роликах. Примерить сие одеяние на себя согласился корреспондент портала Engadget Терренс О’Брайен (Terrence O’Brien). И хотя прототип, который испытывается сейчас, и сбросил с себя некоторое количество громоздких проводов и присосок, которые изначально дали футболке название (Squid – кальмар), но, несмотря на это, он все еще далек от окончательного варианта. Для того, чтобы одеть футболку, Терренсу потребовалась помощь преподавателя Марка Сивака (Mark Sivak) на протяжении не одной минуты. Однако Марк заверил нас, что студент, который обычно одевает эту футболку на себя во время экспериментов с ней, справляется с заданием значительно быстрее, ведь его движения уже доведены до автоматизма.

 

Всего на футболке расположено тринадцать датчиков для электромиографии (регистрации электрической активности мышц), которые снимают показания с трех групп мышц: грудных, широчайшей мышцы спины и дельтовидных мышц. Для передачи сигнала от каждой мышцы требуется два сенсора, один из которых расположен у вас на боку. Эти сенсоры одноразовые и очень дешевые. А это значит, что по окончанию каждого сеанса работы в футболке вы можете просто сорвать их с себя и выбросить в мусор. Кроме мониторинга мышечной активности, на внутренней стороне рукава футболки находится система наблюдения за кардиоритмом фирмы Polar, которая отслеживает ваш пульс. Саму по себе футболку можно стирать, что тоже, согласитесь, является приятной новостью, ведь вам придется потеть в ней в спортзале. Этот факт стал возможен благодаря тому, что коробочка – мозги всей системы – может отсоединяться. Также это означает, что вы можете использовать коробочку отдельно и подсоединять ее к другим предметам одежды – например (в будущем) – к таким же тренировочным штанам.

Внутри на удивление легкой, отпечанной на 3D-принтере коробочки, расположились четыре батарейки размера АА, аппаратная вычислительная платформа Arduino Nano и специально изготовленная микросхема. Посредством Bluetooth информация от коробочки передается на мобильный телефон, который, в свою очередь, связан с компьтером с помощью Wi-Fi. По состоянию на сегодняшний день поддерживаются исключительно приложения на Android. Но в планах у разработчиков расширять мобильные операционные системы, на которых будет работать их приложение (если продукт когда-нибудь станет массовым). В первых версиях системы мобильный телефон был присоединен к коробочке посредством USB, однако теперь, когда эта передача осуществляется по беспроводной технологии, вам уже не нужно постоянно держать телефон в непосредственной близости от себя во время тренировок – а это очевидный плюс.

 

Еще в футболку встроены вибрирующие устройства для того, чтобы человек мог чувствовать звонок, который поступает на его телефон (однако на момент демонстрации эти вибрирующие устройства еще не были должным образом готовы). По словам Сивака, разработчики в данный момент определяются с тем, как такого рода сигнализация о входящих звонках будет восприниматься владельцами футболок, не станет ли она отвлекающим фактором во время тренировок. Приложение работает в двух разных режимах – для дома и для спортзала – настроенных на разную интенсивность занятий. Всю информацию о ваших тренировках в футболке можно посмотреть на сайте. Эта информация классифицирована по принципу календаря, так что пользователь сможет отслеживать свой прогресс даже спустя определенное время. На данный момент удары сердца просто считаются в секундах, поскольку сенсоры нужно настраивать вручную для каждого человека, который одевает футболку. Однако сейчас команда работает над алгоритмом, который позволит им автоматизировать процесс. Нам показали еще не полностью готовое приложение, которое позволяет вам видеть свои результаты в виде графика. Данные для построения этого графика передаются датчиками для электромиографии, а непосредственно ЧСС выводится в виде привычной для нас синусоиды с острыми вершинами (как выглядит кардиограмма). Сейчас же такие параметры, как «интенсивность» отображаются усредненными столбиками отдельно для левой и правой рук. В качестве бонуса, раздельные замеры для правой и левой рук позволяют пользователю следить за симметрией работы обеих конечностей. У этой опции есть потенциал в других областях здравоохранения: в частности, ею могут пользоваться люди после инсульта, у которых одна часть тела работает хуже другой.

На самом деле, система сейчас все еще находится в процессе предварительного тестирования. Именно этим объясняются на скорую руку вырезанные дырочки, так же небрежно пришитые заплатки и присоски. По словам Сивака, в университете заинтересованы использовать его технологию для мониторинга результатов их спортсменов и команд во время межсезонных тренировок. В конце-концов, режим для тренеров позволит удаленно наблюдать, как спортсмены придерживаются назначенных им тренировок. Ведь с помощью датчиков Squid вся их активность будет видна, как на ладони.

Бимануальные реабилитационные перчатки ATLAS

Итак, мы увидели футболку бостонского Северо-Восточного университета, у которой без сомнения есть потенциал для фиксирования показаний жизнедеятельности организма спортсменов во время интенсивных тренировок. Но проект под рабочим названием ATLAS имеет еще более ярко выраженный медицинский потенциал. Аббревиатура ATLAS расшифровывается как Angle Tracking and Location At home System (домашняя система слежения за положением и углом наклона [рук]). Коротко говоря, это бимануальная реабилитационная система: девайс, состоящий из пары специальных перчаток для отслеживания движений рук людей после инсульта. Часть названия «Home System» (для домашнего пользования) означает, что в конечном счете создатели стремятся сделать ATLAS разработкой, доступной в повседневном домашнем использовании. То есть, чтобы пользователи могли постоянно мониторить прогресс своей реабилитации, а не только во время нерегулярных визитов в медицинские учреждения.

Система состоит из пары обычных черных перчаток. В то время, как в самой первой версии системы (сейчас уже испытывается третья) использовались перчатки золотого цвета из лайкры – об этом нам поведал уже известный нам преподаватель Марк Сивак. В каждом пальце перчатки установлены датчики, реагирующие на сгибание, а на внешней стороне ладони расположена небольшая коробочка со встроенными датчиками, снимающими показания положения руки в пространстве. Под этой коробочкой находится своеобразный кармашек на липучках: в нем сходятся все провода от датчиков сгибания. Эти датчики вшиты под каждый палец перчатки. Сенсор, отвечающий за передачу данных о пространственном положении руки, состоит из акселерометра, гироскопа и магнетометра, расположенных в упомянутой выше коробочке на запястье. До того, как поступить в центральный процессор компьютера пользователя, данные от датчиков сгибания и сенсоров пространственного расположения обрабатываются отдельно, каждые на своей плате микроконтроллера Arduino Mega. Разница лишь в том, что для обработки сигналов от датчиков сгибания нужна еще одна (внешняя) коробка, а сигналы от пространственных сенсоров обрабатываются на Arduino Mega, которая находится все в той же коробочке на внешней стороне ладони.

 

Внешний бокс соединяется с компьютером посредством последовательного соединения . Для отображения движения руки на мониторе в лаборатории специально разработали несколько приложений. То, которое довелось увидеть нам, передавало 3D контуры руки, используя игровой движок Unity. При этом на экране отображались лишь движения запястья. Когда система работала четко, то не наблюдалось никаких задержек между движением руки и передачей этих движений на экране. Однако часто провода и контакты экспериментальной модели функционировали далеко не должным образом и для того, чтобы их работа снова наладилась, необходимо было держать руку неподвижной в горизонтальном положении на протяжении нескольких секунд. Согласитесь, это не самое легкое задание для человека, недавно перенесшего инсульт. Принимая во внимание данное неудобство, в комплекте системы есть специальные подставки для рук, на которых можно разместить ваши запястья. Демонстрация сгибания пальцев, которая, к сожалению, не работала на момент нашего визита, представляет собой пространственные кубы, которые то увеличиваются, то уменьшаются в объеме по мере того, как вы сильнее сжимаете или наоборот ослабляете свои кулаки. Как уже упоминалось ранее, создатели ATLAS видят этот девайс, как товар для широкого круга покупателей, цена которого будет варьироваться в пределах 500 – 1000 долларов. Это значительно дешевле аналогов, которые используются сегодня в лечебных учреждениях, стоят порядка 20000 долларов и, по сути, не являются бимануальными. Также продукт ученых из Бостона является более интуитивно понятным в использовании и более безопасным для домашнего использования. Его безопасность диктуется прежде всего отсутствием магнитного поля, которое может оказывать такие негативные последствия, как вмешательство в работу кардиостимуляторов.

Тот факт, что система ATLAS состоит сразу из двух перчаток (для обеих рук) также выгодно отличает ее от остальных подобных разработок. Ведь таким образом человек может сразу оценить работу одновременно двух рук. А такие движения порой даются людям, перенесшим инсульт, весьма затруднительно: например, когда они одевают пиджак или открывают консервную банку, то зачастую прибегают к помощи других частей тела, чтобы успешно провести такую процедуру. И проблема здесь в том, что подобные ухищрения этих людей (в достаточно простых с точки зрения здоровых людей ситуациях) могут стать причиной новых повреждений, ведь под воздействием стресса и нагрузки мышцы взаимодействуют друг с другом неправильно.

 

Управляемая взглядом рука-робот

Теперь нет необходимости вживлять себе в голову чип, чтобы управлять с его помощью роботизированной рукой (ведь чего доброго, в один прекрасный момент эта рука может выйти из-под контроля). Вместо этого шестеро студентов факультета электротехники угадайте какого университета придумали альтернативу, которая оказалась значительно дешевле и проще. Робот называется iCRAFT (аббревиатура от eye Con­trolled Robotic Arm Feeding Tech­nology – технология кормления с помощью роботизированной руки, управляемая взглядом). Идея для этого замечательного проекта была почерпнута при наблюдении ребятами за теми трудностями, с которыми сталкивались пациенты с ограниченными возможностями и люди старшего возраста, когда пытались себя накормить. Чтобы система работала, нужно просто смотреть на экран, где в каждом квадрате находится название соответствующего блюда. Автоматизированная рука-робот сама наберет еды из тарелки и поднесет ее ко рту. Если вы причисляете себя к амбициозным «самоделкиным», то можете скачать свободно распространяемое программное обеспечение, на котором работает iCRAFT, и самостоятельно сконструировать подобную штуковину. Обойдется это примерно в 900 долларов, что значительно ниже, чем аналогичные устройства, цена которых стартует от 3500 единиц американской валюты.