Гибкий датчик деформации на основе углеродных нановолокон может «читать по губам»

Исследователи из Университета Цинхуа представили гибкий датчик деформации, который одновременно обладает высокой чувствительностью и широким диапазоном обнаружения деформаций. Это стало возможным благодаря мембране из уложенных слоями параллельно (p-CNF) и случайно (r-CNF) ориентированных углеродных нановолокон.

Проблема и решение

• Высокая чувствительность и широкий рабочий диапазон — ключевые параметры для датчика, но их сложно совместить в одной конструкции.
• Датчики с большим диапазоном (растяжение >400%) обычно имеют низкий коэффициент тензочувствительности (GF), то есть малую чувствительность к микроскопическим вибрациям.
• Команда решила эту проблему, объединив два типа мембран: p-CNF (высокая чувствительность) и r-CNF (широкий диапазон).

Характеристики датчика

• Предел обнаружения: всего 0.005%.
• Коэффициент тензочувствительности (GF): до 1272 для деформаций менее 0.5%.
• Максимальный предел обнаружения: 100%, что достаточно для регистрации большинства движений человека.

Применение: система распознавания речи по губам

Датчик был использован для создания системы, помогающей людям с поврежденными голосовыми связками.

• Система интегрирует датчики p/r-CNF, Arduino и громкоговоритель.
• Она точно отслеживает движения губ, интерпретирует фонетические символы и выполняет команды (например, включает свет или воспроизводит аудиосигнал).
• Датчик способен различать как крупные движения (сгибание суставов), так и малейшие (мимика, пульс, речь).

Перспективы и ограничения

• Текущая система работает в ограниченном числе сценариев общения.
• Планы разработчиков включают расширение сценариев применения, а также повышение комфорта и портативности носимого устройства.
• Конструкция с двойной ориентацией нановолокон может быть применена и для создания других высокопроизводительных датчиков.

Исследование опубликовано в журнале Nano Research.