Современная электроника №4/2025

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 13 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2025 Кроме того, проиллюстрирована система удалённого мониторинга здравоохранения в реальном време- ни как демонстрация умного носка. Сигналы походки анализируются микроконтроллером (MCU) и пере- даются на ПК, а далее в «облако» по беспроводной связи. Если походка пользователя соответствует нерегу- лярным сигналам по сравнению с записанными нормальными сигна- лами ходьбы, система экстренного медицинского оповещения отобра- зит соответствующее предупрежде- ние, к примеру, о потере шага или падении и проинформирует лиц, осуществляющих уход и надзор за пациентом. Таким образом, система монито- ринга состояния здоровья в реальном времени и оповещения о неотложной медицинской помощи представля- ют большую перспективу для подоб- ных усовершенствованных в будущем электронных устройств в различных приложениях электронной систе- мы контроля здоровья для оказания помощи как пожилым людям, так и пациентам с ОВЗ, что может быть дополнительно использовано для «умного дома», стационарных кли- ник и медицинских центров. Устрой- ство может быть также полезно при изучении моделей ходьбы у людей, страдающих такими заболеваниями, как диабет, мышечно-скелетные ано- малии и реабилитация после различ- ных травм. Помимо распознавания походки, поскольку электронное устройство работает на основе самопитающего- ся (с автономным питанием) трибоэ- лектрического механизма, его можно использовать в качестве аккумуля- тора электрической энергии от дви- жений стопы. Выходная мощность устройства на правой ноге измеряет- ся при различных внешних нагрузках от 0,1 до 100 МОм. Как показано на рис. 14e, выходная мощность 0,32 мВт генерируется при ходьбе с частотой 1 Гц при нагрузке 44,4 МОм. В случае бега с частотой воз- действия стопы на грунт 2 Гц из-за большей силы и частоты, которые стопа прикладывает к носку, мак- симальная мощность 3,18 мВт изме- рена при сопротивлении 21,3 МОм (рис. 14f). Следовательно, предлагае- мый носок способен аккумулировать энергию под воздействием циклов походки при различных движени- ях. Как мы показали выше, модифи- цированное выходное напряжение при давлении носка стопы заряжа- ло конденсаторы емкостью 1; 4,7; 10 и 27 мкФ до 5 В (рис. 14g), демонстри- руя характеристики надёжного источ- ника питания [12]. После примерно 300 шагов при обычной ходьбе устройство может зарядить конденсатор ёмкостью 27 мкФ до 8 В для питания модуля Bluetooth, после чего напряжение на конденсаторе падает до 2 В, как показано на рис. 14h. Эта мощность от носка активирует питание моду- ля беспроводной передачи сигналов Bluetooth для отправки сопутствую- щих данных, к примеру, о влажно- сти (потливости) тела и его темпера- туре на смартфон, использующийся для мониторинга температуры тела человека при различной интенсив- ности упражнений. Поскольку тем- пература тела связана с интенсив- ностью упражнений, эти данные следует учитывать при оценке тем- пературы тела субъекта. Интересно, что и температура тела в подмышеч- ной впадине субъекта регистриро- валась при различных состояниях активности (обычная ходьба, лег- кие упражнения, умеренные упраж- нения, интенсивные упражнения и отдых после упражнений) в пяти и более различных ситуациях, как пока- зано на рис. 14i. Температура тела в районе под- мышки постепенно увеличивалась, когда пациент непрерывно выпол- нял упражнения, и снижалась в состоянии покоя. В результате кон- троля зафиксированные колебания температуры тела дают представле- ние о физическом состоянии челове- ка, а повышенная температура тела является показателем или недомо- гания в различных нозологиях, или интенсивных упражнений. Между тем устройство TENG, подключён- ное параллельно с диодом и муль- типлексором, может обеспечить на выходе ток большого значения. Сле- довательно, новаторский подход к созданию усилителей тока и напря- жения выходных каскадов новых электронных модулей на основе рас- сматриваемого сенсорного датчика с применением диода является осуще- ствимым для ускорения включения и эффективности модуля Bluetooth и других «потребителей» энергии. Благодаря интеграции устройства с внешним модулем и (или) другими маломощными датчиками с различ- ными функциональными возможно- стями в будущем возможно создание ещё более комплексной платформы (IoT). Поскольку индивидуальная ско- рость ходьбы является важным факто- ром для анализа походки, необходимо тщательно определить время замера импульсов с датчика. По опытным данным точность достигает наивыс- шей степени, когда период измерений составляет 4 с. Технические характе- ристики включали замеры амплиту- ды импульсов, их частоту, интервал событий в цикле походки и другие. До появления рассматриваемо- го датчика в ручном извлечении характеристик, таких как частота, амплитуда, интервал пиков и время удержания, нельзя было корректно распознавать сложные характери- Рис. 16. Иллюстрация циклов сгибания частей стопы, где: a – схемы четырёх фаз типичного цикла контакта стопы с горизонтальной поверхностью; b – соответствующие сигналы нормальной ходьбы (правая нога) Контакт пятки Контакт с носком Отпуска­ ние носка Контакт пятки 400 0 1 2 3 4 200 0 200 400 Напряжение (В) Ходьба Время (с)