Современная электроника №4/2025

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 12 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2025 как показано на рис. 16 (а, b), и свя- зан с контактами отдельных частей стопы с поверхностью: «контакт пят- ки», «контакт носка», «отрыв пятки» и «отрыв носка». Основываясь на рабочем механиз- ме трибоэлектрического датчика, будут генерироваться положитель- ные пики при приложении к нему давления и резко уменьшаться при прекращении давления. Соответ- ственно, когда пользователь двига- ется вперед, положительные пики амплитуды соответствуют контакту пятки и контакту носка, наблюдаются во время полуцикла походки, и отри- цательные пики, соответственно, при отрыве пятки и отрыве носка обна- руживаются после этого воздействия (рис. 16). Таким образом, из колеба- ний выходного напряжения заметны некоторые предварительные харак- теристики, то есть частота циклов воздействия/отпускания, что харак- теризует походку или бег во време- ни. Положительные/отрицательные фронты импульсов (пиковые ампли- туды) и временной интервал каждого события фиксируются в цикле поход- ки (иллюстрация рис. 16b). Благодаря таким характеристикам можно предварительно контролиро- вать типы человеческой деятельно- сти. Болезнь Паркинсона (БП) как прогрессирующее и нейродегенера- тивное двигательное расстройство обычно проявляется симптомами нарушения походки и даже падени- ями. Чтобы показать возможное при- менение медицинского мониторинга применительно к рассматриваемому устройству, были выполнены имити- рующие движения БП, которые часто измеряются у пациентов, и соответ- ствующие обнаруженные сигналы показаны на рис. 17. Три состояния, включая нормаль- ную ходьбу, потерю шага и застыва- ние походки (ЗП), обнаруживаются последовательно. Пациент типично испытывает потерю шага перед ЗП, что характеризуется укороченными интервалами между спайками. Меди- цинскими исследованиями установ- лено, что в это время пользователь не может пошевелить ногами, даже намереваясь это сделать, что и отра- жено небольшими и нерегулярными колебательными сигналами от датчи- ков. Кроме того, электронное устрой- ство используется для обнаружения события падения по записанным сиг- налам походки. Условно аномальный отрицательный пик с высокой ампли- тудой импульсов по сравнению с пре- дыдущими нормальными данными может быть обнаружен, когда проис- ходит падение, и после этого не гене- рируется положительный пик ампли- туды, что указывает на то, что ноги пользователя всё ещё не оторваны от земли. Рис. 15. Иллюстрация некоторых характеристик датчиков T-TENG, где: c – графики колебаний максимального напряжения датчика и модуля на правой ноге при ходьбе с частотой 1 Гц и беге с частотой 2 Гц, протестировано путём изменения внешнего нагрузочного сопротивления от 0,1 до 100 МОм; d – мониторинг в режиме реального времени модели, имитирующей походку пациента с болезнью Паркинсона, и сигналов походки при падении; g – кривая зарядки конденсаторов ёмкостью соответственно 1, 4, 7, 10 и 27 мкФ с зарядкой до напряжения 5 В; h – кривая зарядки и разрядки включённого и установленного на ноге устройства, где падение напряжения связано с затратами энергии активного модуля Bluetooth для передачи сигналов беспроводным способом; i – мониторинг температуры подмышечной впадины человека при различной интенсивности упражнений 5 Напряжение (В) Напряжение (В) Мощность (мВт) Мощность (мВт) Напряжение (В) Напряжение (В) Обычная ходьба Сопротивление нагрузки Температура (°C) Сопротивление нагрузки Потеря шага FOG 400 50 150 100 300 200 150 500 400 400 0 0 0 0 0 0 0 1 2 2 4 3 6 4 8 5 10 12 ×10 7 ×10 7 0 0 2 50 2 200 4 100 4 400 6 150 1 мкФ 4,7 мкФ 10 мкФ 27 мкФ 6 600 8 8 10 10 0 0 1 2 3 4 0,1 0,2 0,3 0,4 0 0 0 5 1 18:26 19:03 19:46 20:10 20:34 2 3 4 10 15 200 200 200 200 400 400 Обычная ходьба Время (с) Время (с) Нормальная ходьба Лёгкие упражнения Умеренная физическая нагрузка Энергичные упражнения Отдых после тренировки Время (с) Время (с) Время (с) Сигнал падения Напряжение (В) Напряжение (В)