Инженеры компании IBM разработали датчик компактный носимый деформации ногтя, способный распознавать движения пальца. Созданный прототип уже может распознавать написанные пальцем цифры с точностью почти 99 процентов, а бытовые действия, такие как поворот дверной ручки, с точностью 91 процент. В будущем устройство можно будет использовать для отслеживания заболеваний, связанных с моторными функциями, рассказывают авторы статьи в Scientific Reports.

Традиционно медицинские обследования проводятся в стационаре, однако для некоторых исследований необходим непрерывный сбор данных на протяжении большого промежутка времени. Но не все медицинские аппараты подходят для таких исследований. Из-за этого в последние годы стали появляться компактные носимые устройства, собирающие данные о здоровье человека на протяжении дня. К примеру, многие умные часы умеют постоянно измерять частоту сердцебиений, а часть из них также способны записывать кардиограмму или определять уровень кислорода в крови.

Существуют исследования, показывающие связь между силой хвата и различными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона и шизофрения. Однако удобных устройств, позволяющих на протяжении длительного времени измерять силу хвата, не причиняя при этом неудобств при ношении, пока не существует. Инженеры из исследовательского подразделения компании IBM под руководством Стивена Хейзига (Stephen Heisig) разработали компактное устройство, закрепляемое на ногте, и позволяющее измерять деформацию ногтя, зависящую от силы сжатия предметов.

Компоненты одного из прототипов устройства / Katsuyuki Sakuma et al. / Scientific Reports, 2018

Разработчики создали несколько прототипов с немного различающейся конструкцией, но в их основе лежит один и тот же принцип работы. По сути, устройство представляет автономный тензометрический датчик, отсылающий показания на другое устройство, такое как смартфон или умные часы. На его наружном слое располагается металлическая фольга, к которой подключены электроды, идущие к микросхеме. Фольга закрепляется на ногте при помощи косметического клея.

Принцип действия датчика основан на том, что при сжатии предмета пальцами ноготь немного изгибается и растягивает закрепленную на нем фольгу, увеличивая ее электрическое сопротивление. Имея калибровочные данные, программа на смартфоне или другом устройстве может перевести данные о сопротивлении в величину деформации. Кроме тензометрического датчика в устройстве есть акселерометр, антенна для передачи данных, а также аккумулятор.

Инженеры провели несколько экспериментов для демонстрации точности датчика. В одном из них они показали, что датчик позволяет различать типы захвата бейсбольного мяча, не причиняя неудобств при его броске. Также инженеры показали на двух примерах возможность качественного распознавания действий пользователя. Сначала они создали алгоритм, который распознает цифру, которую пользователь рисует одним пальцем на экране планшета. Эксперименты показали, что точность распознавания цифр составляет 98,7 процента. После этого разработчики показали пример более сложного распознавания, научив сверточную нейросеть распознавать по показаниям датчика тип действий рукой. При выполнении пяти бытовых действий, таких как поворот дверной ручки и поворот ключа в замке, алгоритм показал точность в 91 процент.

В будущем авторы планируют доработать само устройство, например, уменьшив его в размерах и сделав водонеприницаемым, а также алгоритмы обработки данных. Своей целью инженеры называют возможность отслеживания состояния болезней по изменениям в силе сжатия предметов, а также уведомления пользователя о движениях, которые могут привести к травмам.