حسگر نرمی که از چشمانتان می‌فهمد چقدر خسته‌اید

به گزارش هیچ یک ، وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است:

در طول چند دهه گذشته، مهندسان الکترونیک، حسگرهای بسیار پیشرفته‌ای توسعه داده‌اند که می‌توانند طیف وسیعی از سیگنال‌های فیزیولوژیک از جمله ضربان قلب، فشارخون، تعداد تنفس و اشباع اکسیژن خون را اندازه‌گیری کنند. از این حسگرها برای ایجاد دستگاه‌های پوشیدنی هم در حوزه پزشکی و هم برای مصرف‌کنندگان عمومی استفاده شده که به پیشرفت پژوهش‌ها و پایش لحظه‌ای معیارهای مرتبط با سلامت، مانند کیفیت خواب و استرس فیزیولوژیک منجر شده است.

خستگی نوعی حالت ذهنی است که با کاهش عملکرد به دلیل عوامل مختلفی مانند استرس، کم‌خوابی و فعالیت بیش‌ازحد مشخص می‌شود و اندازه‌گیری قابل اطمینان آن همواره چالشی دشوار بوده است. بیشترِ روش‌های موجود برای سنجش خستگی، به پرسش‌نامه‌هایی متکی هستند که از افراد می‌خواهند میزان خستگی خود را گزارش کنند، یا از روشی به نام الکتروانسفالوگرافی (نوار مغزی) برای ثبت فعالیت الکتریکی مغز، یا سامانه‌های مبتنی بر دوربین استفاده می‌کنند. بیشترِ این رویکردها نامطمئن یا فقط در محیط‌های آزمایشگاهی اجراشدنی هستند، زیرا به ارزیابی‌های ذهنی، تجهیزات حجیم یا محیط‌های کنترل‌شده متکی‌اند. این محدودیت‌ها مانع از به‌کارگیری گسترده آن‌ها در محیط‌های روزمره می‌شود.

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس به‌تازگی نوع جدیدی از حسگر نرم (soft sensor) را توسعه داده‌اند که می‌تواند سطح خستگی افراد را بر اساس حرکات کُره چشم آن‌ها با قابلیت اطمینان‌ بالا اندازه بگیرد. این دستگاه جدید که در مقاله‌ای در نشریه معتبر نِیچِر اِلِکترونیکز/ Nature Electronics معرفی شده، با ردیابی تغییرات در ویژگی‌های مغناطیسی یک ماده که در پاسخ به فشار مکانیکی ایجاد می‌شود، می‌تواند تعداد پلک‌زدن کاربر را ثبت کند.

جینگ شو (Jing Xu)، دانشجوی دکتری در دانشگاه کالیفرنیا لس‌آنجلس، توضیح داد: مطالعه ما با این سؤال ساده شروع شد که «چطور می‌توانیم خستگی را در دنیای واقعی پایش کنیم؟» مدت‌هاست که می‌دانیم خستگی چیزی بیش از احساس خواب‌آلودگی است: خستگی یک فروپاشی تدریجی عملکرد بدن یا ذهن است. این حالت به آرامی پیش می‌رود و بر توجه، زمان واکنش و حتی ایمنی جسمی تأثیر می‌گذارد. با این وجود، اندازه‌گیری خستگی خارج از آزمایشگاه و به شکل پوشیدنی، همواره یک چالش بوده است.

هدف اصلی این گروه پژوهشی، توسعه یک دستگاه حسگر جدید بود که بتوان از آن برای اندازه‌گیری قابل اطمینان و بی‌درنگ خستگی، در خارج از محیط‌های آزمایشگاهی استفاده کرد. پژوهشگران در هنگام بررسی اثرات فیزیولوژیک خستگی، دریافتند که می‌توانند سطح خستگی افراد را بر اساس الگوهای پلک‌زدنشان پیش‌بینی کنند.

شو در این زمینه گفت: در هنگام خستگی میزان پلک‌زدن در واحد زمان تغییر می‌کند، سرعت آن کُند می‌شود و الگوها شروع به تغییر می‌کنند.

حسگر نرم توسعه‌یافته توسط این پژوهشگران به‌نرمی روی پلک کاربر قرار می‌گیرد و مانند یک پوست ثانویه به آن می‌چسبد. قابلیت کشسانی بسیار بالا، بی‌نیازبودن به باتری برای تأمین انرژی و پاسخ‌گویی سریع به هر بار پلک زدن کاربر، از ویژگی‌های برجسته آن است.

پژوهشگران برای ساخت این حسگر، یک سیم‌پیچ طلای رسانا را روی یک الاستومر ترموپلاستیک نازک قرار دادند. این الاستومر به نوبه خود روی یک لایه مغناطیس‌کشسان magnetoelastic)، ماده‌ای که وقتی کشیده یا فشرده می‌شود، خاصیت مغناطیسی آن تغییر می‌کند) پر از آهن‌رباهای ریز قرار داده شد.

شو توضیح داد: این ساختار، حرکت پلک را به سیگنال‌های الکتریکی با وضوح بسیار بالا تبدیل می‌کند؛ در اصل، هر پلک‌زدن را به داده ترجمه می‌کند. چیزی که این فناوری را خاص می‌کند، فقط فناوری آن نیست، بلکه تأثیر بالقوه آن است.

وی افزود: این یک سامانه کاملاً پوشیدنی، خودتغذیه‌شونده (self-powered) با قابلیت انتقال بی‌سیم است که نه فقط برای درمانگاه‌ها یا آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، بلکه برای استفاده روزمره در دنیای واقعی طراحی شده که خستگی در آن‌ها اهمیت دارد مثلاً در جاده‌ها، کلاس‌های درس یا مشاغل حساس که نیازمند هوشیاری فراوان هستند.

وی در پایان گفت: پژوهشگران ما اکنون در خط مقدم پیشبرد این حوزه نوین از زیست‌الکترونیک‌های نرم مغناطیس‌کشسان قرار دارند و تلاش می‌کنند تا آن را در طیف وسیعی از فناوری‌های پزشکی و مراقبت سلامت به‌کار گیرند. پیشگامانه‌ترین دستاورد آزمایشگاه من در پنج سال گذشته، کشف اثر مغناطیس‌کشسان غول‌آسا (giant magnetoelastic effect) در مواد نرم بوده که مسیرهایی جدید را برای کاربردهای زیست‌الکترونیکی گشوده است.