Далее:

Сибирские ученые сконструировали навигатор в ботинке

Сибирские ученые сконструировали навигатор в ботинке
Фото:
Дело в том, что нынешние навигаторы хотя и позволяют ориентироваться чуть ли не в любой точке планеты, но у них есть свои недостатки. Например, могут ошибиться на целый квартал. А есть места, где сигнал от спутника искажается или плохо проникает — плотная городская застройка, станции метро, сильно пересеченная местность. Наконец, сигнал со спутника могут отключить в любой момент, это особенно беспокоит военных. Словом, хорошо бы иметь альтернативную навигационную систему, не зависящую от спутников.
Ученые из Томска и Красноярска сконструировали компактный навигатор для пешехода, который запоминает пройденный человеком маршрут и определяет пройденное им расстояние. Приборчик настолько миниатюрен, что легко помещается в каблуке ботинка. Следить за своим маршрутом и ориентироваться на местности можно с помощью смартфона, принимающего сигнал от навигатора. Такой прибор выведет человека из самой глухой чащи леса — приведет к точке, откуда стартовал поход за грибами. Важно подчеркнуть, что при этом навигатор работает автономно, никакой сигнал со спутника или передатчика на вышке ему не требуется.
— Пройденное человеком расстояние определяется за счет измерения времени и ускорений его движения. А изменения направления движения фиксируют датчики угловых скоростей. Чтобы скомпенсировать возможные ошибки при определении курса, используется датчик магнитного поля Земли (электронный компас), — рассказывает сотрудник Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета Павел Маринушкин.
Но как удалось в маленьком каблуке ботинка разместить целую кучу сложных устройств — гироскопов, акселерометров и магнитометров? Раньше подобные приборы можно было увидеть только в рубках кораблей или кабинах самолетов. Секрет в микроэлектромеханических системах (МЭМС) — в этой сфере в самые последние годы произошел настоящий прорыв.
Навигатор в ботинке может помочь ориентироваться слабовидящим и незрячим людям дома и на улице
Сегодня такие устройства размером от десятков микрон до миллиметра изготавливают на кремниевой подложке как обычные электронные микросхемы, но в отличие от них они содержат механические элементы. Например, в гироскопе есть кремниевое кольцо микронных размеров, при действии на него угловой скорости (пешеход поворачивает) кольцо деформируется, что фиксируется электроникой. Микроакселерометр (прибор для измерения ускорения) основан на измерении емкости конденсатора, один из электродов которого смещается под действием силы инерции. Такие устройства отличаются не только миниатюрностью, но и надежностью — если пешеход споткнется и даже упадет, датчики в его ботинке не пострадают. Что касается миниатюрного магнитометра, то принцип его работы основан на изменении сопротивления очень тонкой полоски ферромагнитного материала, нанесенной на кремниевую подложку, под действием внешнего магнитного поля.
Но сибиряки не просто использовали имеющиеся на рынке МЭМС-датчики для решения своей задачи, а сконструировали оригинальное устройство. Дело в том, что каждый датчик работает только в одном измерении, казалось бы, достаточно поставить три измерителя по каждой из осей координат. Но тогда страдает точность измерений — человек не автомобиль, движется очень неравномерно.
— Мы увеличили число МЭМС-датчиков и расположили их на плоскостях правильного многогранника, — поясняет доцент Томского политехнического университета, кандидат технических наук Тамара Нестеренко. — Это позволило уточнить измерения за счет частичного дублирования данных. Ну и, конечно, для обработки информации был разработан оригинальный алгоритм.
Испытания навигатора проводились при ходьбе по замкнутой траектории. По данным ученых, ошибка определения местонахождения не превышала 2,5 процента протяженности маршрута. Сейчас ученые работают над повышением навигационной точности и системой вывода данных в удобном для пользователя виде. Исследователи рассчитывают, что разработка не останется без внимания военных, спасателей, транспортников. Также прибор может помочь ориентироваться слабовидящим и незрячим людям дома и на улице.
— Например, такую систему навигации можно установить в обуви пожилого человека. И когда он, например, отправится на прогулку по лесу, можно будет постоянно отслеживать его местоположение. Эти координаты могут передаваться через беспроводную связь на домашний компьютер, — говорит Тамара Нестеренко.
Впрочем, использовать разработку сибирских ученых можно не только для навигационных задач. Комбинированные микросхемы с акселерометрами и гироскопами способны буквально преобразить рынок компьютерных игр, управляемых с помощью «захвата движения». Даже самые маленькие дети смогут играть с виртуальными куклами и персонажами, не пользуясь джойстиками или клавиатурой, а просто совершая естественные движения, которые с легкостью оцифруют МЭМС-датчики, прикрепленные к руке и затем передадут компьютерной программе.
Наука Технологии Барнаул Красноярск Еще 1 тег
Оставить комментарий