Исследователи из Осаки впервые испытали на улице работающий от тепла тела беспроводной ЭЭГ-сенсор
Исследователи из Университета Осаки разработали беспроводную систему передачи электроэнцефалограммы (ЭЭГ), которая работает за счет тепла человеческого тела. Это достижение показывает, что носимые устройства для мониторинга активности мозга в будущем смогут функционировать без использования батарей. Ученые продемонстрировали работу системы в уличных условиях в летний период при температуре выше 32 градусов Цельсия, где устройство продолжало функционировать, извлекая энергию из разницы температур между телом человека и окружающим воздухом. При этом для работы системы не требовалось никакого внешнего источника питания или потока воздуха.
Системы ЭЭГ отслеживают электрическую активность головного мозга и часто применяются для долгосрочного мониторинга в сфере здравоохранения и научных исследованиях. Однако беспроводные версии таких устройств могут потреблять значительное количество энергии с течением времени, что создает ограничения, связанные с временем автономной работы батарей, их обслуживанием и практичностью использования. Исследователи из Осаки решили эту проблему, разработав низкопотребляющую архитектуру, которая сокращает объем данных, которые необходимо собирать и передавать, что позволяет устройству работать на крошечных количествах собранной энергии.
Вместо непрерывной передачи полных сигналов ЭЭГ система случайным образом выполняет неполную выборку данных о мозговых волнах, то есть записывает и передает только часть доступной информации. Алгоритм на стороне приемника затем восстанавливает исходный сигнал из этого меньшего набора данных. Такой подход снижает потребность в энергии, сохраняя при этом приемлемое качество сигнала, что делает возможной беспроводную передачу ЭЭГ без использования батарей. По словам ведущего автора исследования Дайсукэ Канэмото, долгосрочная цель его команды — создание сенсорных систем, которые могут работать бесконечно долго без технического обслуживания, и беспроводная система передачи ЭЭГ без внешнего источника питания является важным шагом на пути к практичным технологиям, не требующим обслуживания.
Исследователи также испытали устройство в реальных условиях во время выставки Expo 2025 в Осаке. Даже в жаркую уличную погоду система продолжала работать, несмотря на меньший температурный разрыв между кожей и воздухом. Это особенно важно, поскольку термоэлектрические системы обычно генерируют меньше энергии, когда температура окружающей среды повышается и приближается к температуре человеческого тела. Команда отметила, что, хотя количество собираемой энергии уменьшается по мере приближения внешней температуры к температуре тела человека, их результаты показывают, что непрерывная беспроводная передача ЭЭГ возможна даже при разнице температур всего в несколько градусов, что позволяет таким системам функционировать за пределами лабораторных условий и в реальных рабочих средах.
В будущем подобные устройства могут найти применение в носимых медицинских мониторах, долговременных медицинских датчиках и электронике, не требующей обслуживания и практически не нуждающейся в замене батарей. Тот же подход может также помочь питать датчики, используемые для мониторинга инфраструктуры, отслеживания состояния окружающей среды и в сетях «умных городов», где замена батарей в тысячах устройств обходится дорого и технически сложна.
По мере совершенствования низкопотребляющей электроники устройства, работающие на небольших количествах энергии из окружающей среды, могут стать более распространенными. Тепло тела, вибрации, свет и другие повседневные источники энергии могут поддерживать новый класс самопитающихся датчиков. В сфере здравоохранения эта идея особенно актуальна, поскольку непрерывный мониторинг мозга без необходимости зарядки или замены батарей может сделать носимые ЭЭГ-устройства более удобными для пациентов при длительном использовании. Работа команды из Осаки указывает на будущее, в котором некоторые медицинские и подключенные устройства будут тихо питать себя, используя энергию, уже доступную в окружающей среде.
Исследование в журнале Proceedings of the IEEE International Conference on Consumer Electronics.