Оптоволокно превратили в датчик движения для носимой электроники

Китайские инженеры разработали оптический датчик движений для носимой электроники. В его основе лежит специальное оптоволокно, чья светопропускающая способность зависит от растяжения. Статья опубликована в журнале Optica.

Как правило, для измерения движений человеческого тела используются акселерометры и гироскопы, с высокой точностью отслеживающие малейшие перемещения в пространстве. В случае с более сложными движениями, такими, как жесты пальцев, используются и другие подходы, к примеру, измерение сопротивления. Основой некоторых из таких датчиков служат эластичные проводники, сопротивление которых зависит от степени их деформации. Но такие сенсоры имеют недостатки, например, на их электрические свойства могут влиять окружающие электронные устройства.

Инженеры из Китая решили использовать для измерения движений сенсор на основе оптоволокна. Сама по себе такая идея не нова, ранее аналогичные датчики использовали для измерения небольших растяжений, к примеру, для отслеживания изменений в зданиях или мостах. В случае с движениями тела растяжение происходит постоянно, а его величина может доходить до десятков процентов от изначальной длины, поэтому обычно стекловолокно для этого не подходит.

Из-за этого в качестве основы оптоволокна инженеры выбрали эластичный полимер — полидиметилсилоксан. Из него они создали волокно диаметром около половины миллиметра, в которое также добавили флуоресцентный краситель Родамин Б. Механизм измерения движений с помощью такого волокна основан на том, что молекулы красителя поглощают часть проходящего через волокно света, а уровень этих световых потерь линейно зависит от его растяжения. Таким образом, сопоставляя входящий и исходящий из волокна сигналы инженеры могут с высокой точностью получать величину растяжения.

Исследователи продемонстрировали работу датчика на нескольких примерах. Один из прототипов представляет собой перчатку, с закрепленным на пальце волокном, которое позволяет отслеживать сгибание и разгибание пальца. Также исследователи закрепили волокно на шее человека, и смогли отследить частоту его дыхания и даже некоторые звуки речи.

Недавно американские исследователи представили технологию создания гибкой носимой электроники с помощью 3D-печати. Они продемонстрировали технологию на нескольких устройствах, в том числе и датчиках растяжения, основанных на эластичном электропроводном полимере.

Григорий Копиев