Сенсорный

В основе проекта лежит технология нейропластичности, позволяющая заменить один способ восприятия другим по замыслу учёных незрячие люди смогут видеть окружающий мир с помощью осязания.

Передача зрительной информации происходит по определённому алгоритму, изучив который, человек может представлять глубину и очертания находящихся перед ним предметов и объектов. На трехмерной карте окружающего пространства каждому объекту присваивается значение удаленности, и чем ближе к незрячему находится предмет, тем больше вибрация в соответствующей области виброматрицы.

Идея сенсорного зрения не нова, при обзоре литературы мы нашли статью 1969 года в журнале Nature, где экспериментально доказали, что изображения, генерируемые на спине человека с помощью матрицы из множества вибраторов, могут распознаваться. В ходе этого эксперимента человек мог прочесть буквы и даже различать силуэты. И эта работа вдохновила меня на идею разработки прибора для незрячих, рассказал Дмитрий Шитц, заведующий лабораторией оптических излучений научно-технологического парка Фабрика Балтийского федерального университета имени И. Канта.

Принцип работы, изобретенного Дмитрием Шитцем прибора, весьма оригинален. 3D-камера считывает окружающее пространство незрячего пациента. Изображение поступают на встроенный в устройство мини компьютер, который мгновенно выстраивает карту удалённости предметов, находящихся в поле зрения.

Затем посредством специального контроллера и виброматрицы эта карта превращается в цепочку вибро-тактильных передач, который незрячий человек в буквальном смысле ощущает на своей руке.

Несмотря на разработки прошлых лет, идея аппарата для незрячих на основе сенсорного зрения является полностью оригинальной. Сотрудниками Балтийского федерального университета имени Канта на неё уже получен соответствующий патент.

На данном этапе мы научились строить 3D-карту удаленности предметов: нами создана специальная программа для обработки изображения со стереокамеры, которая также умеет разбить это изображение на участки-пикселы и присваивать каждому из них значение удалённости, отметил Шитц. По его словам, отдельной и не менее сложной задачей проекта является разработка контроллера и виброматрицы с хорошим разрешением.

Технология сенсорного замещения была разработана в 60-х годах XX века американским нейрофизиологом Полом Бах-у-Рита. Она опирается на свойство нейропластичности мозга, которое позволяет отдельным зонам мозга меняться под действием опыта, а также восстанавливать утраченные связи после повреждения или вырабатывать новые связи. На практике это позволяет научиться заменять один способ восприятия другим.

Схожая технология уже применяется в России. В частности, проект vOISe vision обучает незрячих людей ощущать окружающее пространство с помощью звука. Регулируя громкость и высоту по определённому алгоритму устройство позволяет воспринимать не только глубину пространства и очертания объектов, но и различать полную картину пространства в чёрно-белом виде.

Об этой и других технологиях читайте в нашем блоге на Хабр: Реабилитационная индустрия России.

По материалам Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта. Фото: Elia Pellegrini.

Всем привет!
Сегодня статья про бесконтактный выключатель с звуковым эффектом, который был сделан мной 9 лет назад, а если быть точным то в январе 2012 года.
С тех пор выключатель трудится у меня круглыми сутками на протяжении 9 лет. Что самое интересное, за все это время, он не вышел из строя и даже ни разу не подвис, а также у него никогда не было ложных срабатываний. Вообщем он хорошо себя зарекомендовал и я с уверенностью могу его Вам рекомендовать, для самостоятельной сборки.
Если Вам интересны подробности, то прошу под кат.

У меня в коридоре смонтировано 7 светильников.


И для достижения красивого визуального эффекта, я использовал последовательное включение ламп, для этого мне нужно было протянуть к плате контроллера, отдельный провод от каждой точки освещения.


Саму плату я спрятал в пространстве между гипсокартоном и потолком, благо места там больше чем достаточно.


ИК приемник и светодиод я разместил в подрозетнике. Во избежании ложных срабатываний их нужно изолировать между собой, для этого я использовал термоусадочный кембрик. Что бы подключить этот оптический датчик к плате контроллера, я использовать заложенные в стену провода.


Для того что бы дизайн выключателя не отличался от других установленных декоративных накладок в интерьере, я использовал из этой же серии телевизионную розетку, из которой выкинул все внутренности, а в отверстие вклеил круглое окошко, вырезанное из фиолетового акрила.


Все компоненты были размещены на одной плате, на которой так же установлены винтовые коннекторы для подключения проводов от светильников.


Запитал я эту плату обычным зарядным устройством от телефона.


Основой всего устройства является контроллер arduino Nano V.3, но можно так же использовать любые другие платы, с микроконтроллером Atmega328.


ИК светодиод с фототранзистором можно взять от датчика препятствий, но не обязательно их выпаивать, достаточно перерезать лишние дорожки и припаять к ним 3 провода. Если у Вас уже есть где-то ранее выпаянные эти детали, то перед использованием, лучше сначала проверить их на работоспособность. Инфракрасный светодиод нужно подключить к напряжению 5 В, через токоограничивающий резистор 120 Ом и посмотреть на него через камеру телефона, он должен светиться фиолетовым светом. Для проверки фототранзистора понадобится любой тестер с функцией прозвонки проводников. Переводим тестер в режим прозвонки, а выводы фототранзистора подключаем к щупам тестера. После чего нужно к нему в плотную поднести любой пульт от бытовой техники и нажать любую кнопку. В ответ раздастся прерывистый пищащий звук.


9 лет назад я не нашел подходящих твердотельных реле и мне пришлось их собирать самому из радио-комплектующих. Но на данный момент проще купить 8 канальный модуль твердотельных реле как на изображении, чем заниматься тратой времени на поиск этих компонентов.

Работает выключатель следующим образом

Arduino с выхода D5 постоянно выдает ШИМ сигнал с частотой примерно 977 Гц. К этому выходу через токоограничивающий резистор 82 Ом подключен светодиод, излучающий сигнал в инфракрасном диапазоне. Фототранзистор подключенный к входу D2 детектирует отраженный от руки ИК сигнал и проверяет его на достоверность и если сигнал из 20-ти или больше идущих подряд периодов соответствует частоте 977 Гц, то тогда контроллер включает по очереди все 7 светильников и начинает воспроизводить звуковой эффект через ШИМ выход D11. Все тоже самое происходит и при выключении.

Воспроизведение звуков

Для воспроизведения звуковых эффектов используется формат WAVE без сжатия, с частотой 16000 Гц и глубиной 8 бит, но при воспроизведении данного формата с использованием ШИМ, в аудио тракте наблюдается неприятный свист и шипение. По этому для для улучшения качества воспроизведения, я в коде использовал линейную интерполяцию. При которой, выборка семплов происходит на частоте 62.5 кГц и между оригинальными выборками вставляются еще 3 дополнительных семпла, рассчитанных методом линейной интерполяции. Таким образом на выходе снижается шум квантования, пропадает свист, улучшается качество звука и для воспроизведения не обязательно использовать дополнительные RC фильтры.


Вместо динамика я использовал старую, маленькую компьютерную колонку без встроенного усилителя.


Для конвертирования Wave файлов в Си код, можно воспользоваться онлайн конвертером

Схема

На схеме серыми прямоугольниками отметил твердотельные реле, а тем кто хочет заморочиться, то может собрать схему полностью, так же как сделал я в далеком прошлом.

Компоненты для сборки

1 Arduino Nano V.3
2 Датчик препятствий
3 8-ми канальный модуль реле
4 Резисторы 82 Ом и 1 кОм
5 Динамик 0,5 3 Вт
6 Любой N-P-N транзистор с допустимым током не менее 500 мА

Код для Arduino

Скачать все файлы одним архивом
В этот раз я решил добавить все используемые библиотеки в папку со скетчем, а в самом скетче прописал их локальное использование. Теперь надеюсь у новичков будет меньше ко мне вопросов, по поводу ошибок возникающих у них при компилировании.
В коде вынесены несколько констант, которые можно изменить перед прошивкой.
Константа power_ir отвечает за дистанцию срабатывания выключателя, может принимать значения от минимума 20 и до максимума 200. Требуемое Вам значение можно определить экспериментальным путем.
lamp_num определяет количество используемых Вами ламп. Минимальное число лампочек не может быть меньше 1, а максимальное не более 7. Если подправить код то можно увеличить до 15.
lamp_delay это задержка между последовательными включениями ламп, которая выражена в миллисекундах и может начинаться от 0 и до 4 294 967 295 мс. Хотя я не думаю, что такие огромные задержки кому то понадобятся.

Видео

Заключение

В заключении хотелось бы добавить, что я очень удивлен, что микроконтроллер без WDT, за 9 лет ни разу не подвис. По этой же причине я не стал править код и добавлять в него WDT, так как Arduino со старыми bootloader не умеют работать с ним.

Спасибо, что дочитали до конца!
Если Вам понравилась моя статья то поддержите ее лайком и подпиской
Если у Вас есть вопросы, то можете их задать в комментариях.