Как называются специальные очки для слабовидящих. Электронные очки для незрячих. Как работают электронные очки

Как сообщает портал Сегодня, сталь и пластик скоро уступят место новым революционным материалам - водотталкивающим, теплонепроницаемым и фантастически прочным.

Материальная революция. С помощью химии и нанотехнологий ученые скоро отправят "на пенсию" металл, пластик и дерево

Одежда, которая не пачкается и потому не нуждается в регулярной стирке, сковородка, поверхность, которой действительно никогда не пригорает, баки для ракетного топлива, к которым не пристают его агрессивные компоненты, - все это скоро станет возможным благодаря открытию американских ученых, которое стало одной из самых громких научных сенсаций уходящего года.

Группа химиков под руководством Гаррета МакКинли из Массачусетского технологического института разработала сверхтонкую сеть из полимерных волокон, переплетенных особым образом. Эту сеть можно нанести на любую поверхность и сделать ее несмачиваемой для любых жидкостей.

На пресс-конференции, посвященной открытию, ученые покрыли химическим составом составом гусиное перо и продемонстрировали, как после этого оно стало отталкивать пентан - легчайший жидкий углеводород. Выбор столь экзотической жидкости был не случайным - отталкивать воду могут многие из известных материалов. Например, сами по себе гусиные перья, породившие пословицу «как с гуся вода». В то же время простые органические вещества, входящие в состав, например, бензина или керосина, способны эффективно смачивать практически любые поверхности, даже легендарный тефлон.

В ходе экспериментов было установлено, что в способности поверхности контактировать с водой определенную роль играет и ее геометрия, связанная с действием капиллярных сил, поясняет МакКинли. Поэтому суть новой технологии заключается в том, что с помощью микроскопической полимерной сетки поверхности придается определенная текстура - узор из вымок и бугорков. Правильно подобрав углы, под которыми вода перемещается между этими «шероховатостями» поверхности, ученые добились того, что в текстуре всегда сохраняются небольшие островки воздуха под слоем жидкости. Иными словами, создаются условия, при которых капиллярные силы не позволяют жидкости полностью смочить поверхность.

Методика была отработана на кремниевых пластинах, применяемых в микроэлектронике. Затем ученые приступили к созданию покрытия, которое можно было бы нанести на любую поверхность. В качестве ее основного элемента выступают нити полиметилметакрилата и многогранные молекулы фторированных органических соединений, желаемая структуру которых создается методом электростатического скручивания.

По словам руководителя исследования Гаррета МакКинли, изобретение может использоваться для того, чтобы уберечь стенки топливных баков реактивных двигателей от вредного воздействия агрессивных компонентов топлива. Это существенно продлит срок службы топливных баков и сократит расходы на эксплуатацию самолетов. Однако более заметное применение разработка получит в другой области - намного ближе к простому потребителю. По словам разработчиков, одежду, покрытую полимерной сетью, будет очень тяжело испачкать и совсем легко отстирать.

По мнению экспертов, изобретение американских ученых занимает достойное место в перечне уникальных материалов, которые в скором времени прочно войдут в обиход, наравне с другими революционными разработками последних лет - углеродными нанотрубками, аэрогелями, металлической пеной и «умными» тканями.

АЭРОГЕЛЬ: ПРОЗРАЧНАЯ ТВЕРДОСТЬ

Сверхпрочность. 2,5 г аэрогеля выдерживают кирпич весом 2,5 кг

Еще один материал будущего, который можно пощупать уже сегодня - аэрогель. Это вещество на основе геля, в котором жидкие компоненты полностью замещаются газом. В результате при рекордно низкой плотности, аэрогели обладают уникальным сочетанием свойств - высокой прочностью, жароустойчивостью и прозрачностью. Ученые часто называют этот уникальный материал «застывшим сигаретным дымом» - примерно такое впечатление он производит, когда сквозь него проходит свет.

Честь изобретения материала, который изменит будущее человечества, принадлежит американскому химику Стивену Кистлеру и колледжа в Стоктоне, Калифорния. В далеком 1931 году он впервые попробовал заменить жидкость в геле на газ метанол, а затем разогреть гель до критической температуры газа - 240 градусов Цельсия. В результате метанол выходил из геля, не уменьшаясь в объеме, а сам гель «высыхал», не практически сжимаясь.

Аэрогель сегодняшнего образца - это пористый материал, в котором полости занимают около 90-99%. Структура аэрогеля представляет собой древовидную сеть из наночастиц размером не более 5 нм. Наиболее распространенными сегодня являются разработки на основе аморфного диоксида кремния, а также оксидов хрома и олова. В 1990-х ученым удалось получить первые образцы на основе углерода.

Наиболее совершенными являются кварцевые аэрогели, которые в 500 раз уступают по плотности воде и в 1,5 раза - воздуху. Аэрогель способен выдержать нагрузку в 2000 раз больше собственного веса. В ходе некоторых экспериментов кусок аэрогеля массой всего 2,5 грамма выдерживал вес кирпича массой 2,5 кг.

Кварцевые аэрогели пропускают солнечный свет, но задерживают тепло. В США их уже начали применять в строительстве в качестве теплоизолирующих материалов.

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ: ПРОЧНЕЕ НЕКУДА

Углеродные нанотрубки - самый прочный в мире материал

В 1996 году американские ученые Роберт Керл, Харолд Кротто и Ричард Смелли получили Нобелевскую премию по химии за открытие фуллеренов - молекулярных соединений, представляющих собой многогранники из атомов углерода, которые могут служить основой для создания самого прочного в мире материала. Речь идет о легендарных углеродных нанотрубках - давней мечте фантастов и футурологов.

Углеродные нанотрубки - цилиндрические структуры из свернутых графеновых плоскостей, которые обладают уникальными характеристиками. Это самый жесткий и прочный материала мире с высокими электронными характеристиками.

Своей прочностью он обязан ковалентным связям между отдельными атомами углерода. В 2000 году в ходе экспериментов было установлено, что прочность углеродной нанотрубки на растяжение составила 63 гигапаскаля. Это в десятки тысяч раз больше, чем у лучших сортов высокоуглеродистой стали.

Углеродные нанотрубки могут применяться практически везде, где сегодня вообще применяются металлы. Это может быть и одежда, и спортивная экипировка, бронежилеты, космическое оборудование, компоненты электронных схем. По оценкам экспертов уже к 2015 году объем рынка в этой отрасли составит $2,5 млрд.

Некоторые ученые предупреждают, что нанотрубки могут представлять угрозу для здоровья, в частности, опыты с лабораторными мышами показали, что углеродные нанотрубки могут производить на организм эффект, аналогичный тому, какой производит асбест. Последствием этого воздействия могут стать раковые заболевания.

ЭЛЕКТРОННАЯ ТКАНЬ: ПОКРОЙ СЕБЯ КОМПЬЮТЕРАМИ

Одежда. Изображение на футболке зависит от настроения человека

Зачем носить с собой электронные гаджеты, которые можно потерять или разбить, если можно попросту носить компьютеры на себе? Разработки в области создания электронной ткани уже сегодня выглядят столь многообещающе, что по мнение многих аналитиков, уже к 2020 году такая одежда станет повседневной.

Ее отличительной чертой станет возможность беспрерывного воспроизведения статического изображения или видео. Одна и та же футболка сможет в зависимости от настроения человека показывать изображение звездного неба или тропический пейзаж. Правда, можно предположить, что абсолютная свобода выбора изображений на одежде может привести к общественному возмущению, поэтому ассортимент изображений придется регулировать законодательно. Примерно, как содержание телеэфира в наши дни.

Первые образцы такой ткани были созданы еще несколько лет назад. В 2006 году продажи «умных» спортивных костюмов начала компания Spyder. Поумнели они благодаря со вставкам из электронной ткани ElekTex от британской компании Eleksen. Ткань сделана из нескольких слоев, включая электропроводящий и защитный, и может реагировать на прикосновения к своей поверхности. При этом, она не только регистрирует точку прикосновения, но и силу давления и направление нажатия. Благодаря этому, можно управлять работой плеера iPod, не вынимая его из кармана, с помощью нанесенных на рукаве костюма обозначений кнопок. Обладая этими уникальными характеристиками, ткань все же остается тканью - ее можно сворачивать, мять и даже стирать.

Когда электронная ткань получит достаточное развитие, большинство сегодняшних гаджетов - например, телефон и плеер - могут быть встроены в одежду. В таком случае достаточно будет взмахнуть рукой, чтобы активировать мобильную связь, а затем разговаривать с помощью микрофона, встроенного, например, в лацкан пиджака. Следующим шагом может стать использование совместно с электронной тканью революционного интерфейса thought-to-speech.

В марте 2008 года такая технология была представлена компанией Texas Instruments. Суть ее работы заключается в преобразовании в нервных импульсов, которые, собственно, и приводят в работу голосовые связки, в цифровую информацию, например, в синтезированную речь. Сегодня эта технология в первую очередь используется для того, чтобы дать возможность говорить по телефону немым людям, однако ее будущее ничем не лимитировано.

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПЕНА: МАТЕРИАЛ С ЖЕЛЕЗНОЙ ПАМЯТЬЮ

Прочнее стали и в воде не тонет

С развитием новых технологий ученые находят все больше возможностей модификации традиционных материалов, например металла. Одна из наиболее перспективных модификаций - металлическая пена - структура, состоящая из твердого металла, чаще всего алюминия, и содержащая большое количество наполненных газом пор. Как правило, примерно 75-95% объема металлической пены составляют пустоты. Материал обладает уникально низким сопротивлением - некоторые виды металлической пены настолько легки, что плавают на поверхности воды. При этом прочность такой пены в несколько раз превышает прочность традиционного металла.

В будущем металлическая пена может стать неотъемлемой частью машиностроения, а также использоваться в производстве металлокерамики. Материал идеально подходит для создания крупногабаритных чрезвычайно прочных конструкций - другого материала, который способен обеспечить такое соотношения прочности и веса, человечество еще не придумало. Безусловно, она будет активно применяться в космических технологиях, где минимизация массы имеет огромное значение.

Недавнее открытие американских ученых может еще больше расширить сферу применения этого материала. В ходе исследований Национального фонда науки США, удалось разработать новый вид сплава металлической пены, который, реагируя на магнитное излучение, может растягиваться в длину на 10% под воздействием магнитного поля. Для достижения такого эффекта была разработана новая технология. На кусок нагретого пористого алюмината натрия выливается специальный жидкий сплав. После того, как металл охладится, соль алюмината натрия вытравливают кислотой, и металл приобретает пористую структуру.

Ученые назвали новый сплав «металлической пеной с эффектом памяти». По их мнению, он найдет широкое применение в производстве автомобилей и самолетов, а также везде, где требуются материалы, сохраняющие высокую прочность при большом напряжении.

АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛЫ: ВСЕ ДЕЛО В СТРУКТУРЕ

Прогресс. Ученые продолжают изобретать материалы будущего

Еще одной модификацией традиционного железа являются аморфные металлы, или так называемые «металлические стекла», которые состоят из металла с хаотичной атомной структурой. Они могут быть вдвое прочнее стали. Разобщенная структура атомов позволяет им рассеивать энергию удара более эффективно, чем жесткая структура традиционных металлов, у которой есть точки уязвимости. Аморфные металлы производят по специальной технологии - расплавленный металл быстро охлаждается, чтобы его атомная структура не успевала приобрести четкую кристаллическую форму.

Металлические стекла вдвое прочнее стали

Военные давно положили глаз на новый вид металла. По их расчетам, сделанная из него броня будет в несколько раз прочнее, та, которую производят по сегодняшним технологиям. Кроме того, аморфные металлы получают широкое распространение в индустрии электроники. Помимо прочности они обладают уникальными магнитными свойствами, которые широко востребованы для производства мобильных телефонов, магнитных лент, высоковольтных трансформаторов. Эффективность энергосбережения при использовании аморфных металлов вырастает в среднем на 40%. Их повсеместное использование может означать экономию сотен тысяч тонн ископаемого топлива в мировом масштабе.

ПРОЗРАЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ: ПРОЩАЙ, СТЕКЛО!

Без стекла. В будущем стекла станут алюминиевыми

Металл может быть прозрачным. Это не мечты фантастов. Металл в три раза прочнее, чем сталь, и при этом прозрачный, - уже реальность. Первые образцы этого чуда были получены немецкими учеными из Лаборатории физики Фраунгофера.

Технология его изготовления заключается в спекании мельчайших частиц алюминия при очень высоких температурах. Правильно подобрав размеры частиц, можно добиться высокой прозрачности материала. Для улучшения оптических свойств, в процессе спекания могут быть добавлены редкоземельные добавки.

Ученые предрекают прозрачному алюминию большое будущее. Высокая прочность и прозрачность могут очень пригодиться при строительстве небоскребов и летательных аппаратов. Космические агентства также проявляют большой интерес к новому материалу, в перспективе он может широко применяться при постройке космических станций, сняв ограничение на площадь иллюминаторов, которое сегодня накладывается прочностными характеристиками стекла.

Алексей Бондарев

Новый прибор использует своего рода обман или иллюзию. Он помогает слепому человеку выстраивать картину мира по набору звуков. Изобретение это раскрыло перед исследователями новые грани пластичности мозга человека.

Правда, VISOR передавал сигналы в мозг через нейроимплантат. Но общая идея схожа: нужно отснять картинку местности, преобразовать по неким правилам и доставить по назначению в каком-либо доступном виде (кадры memory-alpha.org, Paramount Pictures/ Paramount Television, CBS Studios).

Амир и его коллеги задались целью не просто создать разные электронные помощники для инвалидов, а разобраться, как они взаимодействуют с мозгом владельца. В частности, учёных интересовала… зрительная кора .

Один из феноменов, изучаемых группой Амеди, – мультисенсорное восприятие. Это интегрированная обработка разных каналов информации, помогающая формировать целую картину мира. Особенности взаимодействия разных зон мозга в этом процессе до сих пор не поняты в полной мере.

В частности, в одной из предыдущих работ Амеди нашёл интересные пересечения в путях обработки информации при обычном чтении книги и чтении шрифта Брайля слепым человеком, хотя в одном случае работают глаза, а во втором – кончики пальцев (иллюстрация Hebrew University of Jerusalem, Amir Amedi’s Lab).

Нейрофизиологам известно, что визуальная обработка в мозге идёт двумя параллельными путями. В коре имеется затылочно-височной путь, или «вентральный поток», связанный с обработкой форм, идентификацией объектов, их цвета. Он отвечает на вопрос «что я вижу?».

И ещё есть затылочно-теменной путь («дорсальный поток»), который анализирует пространственную информацию о месте расположения объекта (вопросы «где?» и «как?»).

Работа Амеди не первая, в которой инженеры и учёные попробовали формировать в голове слепого человека «зрительную картину» при помощи звуков. Вспомним европейский опытный проект CASBLiP , в 2009 году (фото CASBLiP/ Universitat Politècnica de València).

Амеди и его коллеги провели сканирование мозга 9 зрячих людей и 11 слепых от рождения. Зрячие выполняли задачи на визуальное распознавание, а слепые – аналогичные упражнения с использованием SSD.

Проект SSD вообще-то объединяет несколько вариантов помощников для слепых. Это и уже упоминавшаяся карманная «виртуальная трость», и различные прототипы систем ориентации с очками-камерами и стереонаушниками, получившие также имя vOICe (фото Hebrew University of Jerusalem, Amir Amedi’s Lab).

К удивлению экспериментаторов, у слепых активировались те же два потока. То есть зрительная кора точно так же начинала расшифровывать форму вещей и их пространственное расположение, когда человек пользовался «слуховым зрением».

(Об этом исследовании рассказывает в журнале Cerebral Cortex.)

Выходило, что такое фундаментальное разделение объёма работ может возникать даже без всякого предшествующего зрительного опыта. И что это разделение – не визуальное по своей природе.

Израильтяне сделали вывод, что мозг организует зоны коры по принципу специфики обработки информации (условно – по типу необходимых вычислений), вне зависимости от вида сенсорных каналов — зрительного, слухового или тактильного. О последнем стоит рассказать особо.

Перекладка на зрительную зону коры обязанности по составлению «визуальной картины» по одному лишь звуку – ещё один пример потрясающей нейропластичности мозга (иллюстрация Hebrew University of Jerusalem, Amir Amedi’s Lab).

Четыре десятка лет назад американский нейрофизиолог Пол Бачирита (

Незрячие люди часто пользуются прикосновениями – тактильным чувством для ориентации во внешнем мире. Но кто бы мог подумать, что теперь с его помощью они смогут не только определять структуру материала или читать брайлевский текст, но и видеть окружающие предметы и людей, не касаясь их!

Главные достоинства Forehead Retina System – компактность и незаметность для окружающих (фото с сайта eyeplus2.com).

Когда обычным людям приходится что-то делать, тактильное чувство будто бы исчезает – оно настолько игнорируется, что о нём специально не думают. Совсем другая ситуация у людей со зрительными нарушениями - как известно, прикосновения для них очень важны. Но у этого чувства есть главный недостаток – оно "работает" только при контакте с объектом.

Однако ситуацию может изменить устройство Forehead Retina System (FRS), которое демонстрировалось на конференции-выставке по компьютерной графике и интерактивной технике SIGGRAPH 2006, проходившей на днях в Бостоне. Это приспособление не передаёт визуальное изображение, но позволяет получить незрячему человеку подробное представление об окружающем мире.

Система FRS тоже умеет передавать изображение, но, как вы уже, возможно, догадываетесь, с помощью прикосновений. Делает это она довольно неожиданным способом – передавая изображения на лоб (откуда в названии и появилось английское слово "forehead"). Однажды мы уже рассказывали о приборе, который работает очень похоже - транслирует изображения на язык, но всё-таки давайте разберёмся, в чём особенности FRS, и как оно вообще действует.

Вот так выглядит вся аппаратура FRS. C виду – ничего интригующего (фото с сайта eyeplus2.com).

Слева: электрические платы FRS. Справа: накладка с электродами (фото с сайта eyeplus2.com).

Датчик Forehead Retina System – миниатюрная камера, которая принимает изображение объектов, находящихся перед человеком. Для удобства она вмонтирована в тёмные очки, самые обыкновенные на вид.

Полученное изображение обрабатывается и превращается в тактильные импульсы. На первом этапе обработки специальный алгоритм определяет очертания объектов – то есть, идентифицируются их края. На втором происходит широкополосная фильтрация меняющейся во времени информации.

В процессе обработки изображение разбивается на "пиксели", которым будут соответствовать заряды на матрице с электродами (иллюстрация с сайта eyeplus2.com).

Наконец, обработанный визуальный образ трансформируется в электрические импульсы. При этом электроды в матрице заряжаются в таком порядке, что они повторяют упрощённый контур изображения. Разряд раздражает рецепторы кожи лба, и человек "чувствует" форму объекта безо всяких прикосновений.

Так зрительная картинка, превращаясь в электрические импульсы, становится тактильным ощущением. Однако FRS не обходится одними лишь контурами, а умеет передавать даже цвета. Как же такое возможно?

Примерно так принимаемое изображение огрубляется до контуров – изображение без лишних деталей легче передаётся (фото с сайта eyeplus2.com).

Создатели системы обратили внимание на то, что за кожное ощущение "отвечают" клетки разных видов, и решили использовать эту особенность.

Цвета здесь передаются в схеме RGB. Решение проще некуда – каждый тип рецепторов сопоставили с определённым цветом.

В зависимости от передаваемых импульсов раздражаются различные типы рецепторов. Соответствующие ощущения ассоциируются с различными цветами (иллюстрация с сайта eyeplus2.com).

Различные электрические импульсы подобраны так, что они вызывают различные ощущения (вибрации или давления). Пользователю же только остаётся разобраться, какие цвета и с чем должны ассоциироваться. Остальное – дело обучения, и в скором времени можно без особого труда опознавать также промежуточные цвета: фиолетовый, зелёный, оранжевый и белый.

Один из разработчиков FRS Хироюки Каджимото (Hiroyuki Kajimoto), похоже, и сам удивляется эффективности аппарата (фото с сайта eyeplus2.com).

Хотя различные заменители глаз разрабатывались еще с 1960-х годов, подход с использованием кожи лба относительно нов, однако, он вполне разумен. FRS удобно носить, снимать и надевать, аппарат практически незаметен. К тому же, мозгу легче обработать визуальное изображение, "спроецированное" на лоб, чем на другую часть тела, не говоря о том, что роговой слой кожи здесь достаточно тонкий, что обеспечивает большую чувствительность.

Пока что трудно сказать, какое будущее ожидает новое изобретение, но FRS уже прошло успешные тесты в японских и американских заведениях для людей с нарушениями зрения. Стало быть, перспективы просматриваются.