MỸ – Các thiết bị nhà thông minh hiện nay đều cần nguồn điện, bằng cách cắm điện, sạc pin hoặc thay pin. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại viện công nghệ Georgia (Georgia Tech – Georgia institute of technology) đã tìm được một giải pháp tối ưu hơn: những thẻ kim loại nhỏ có khả năng phát tín hiệu khi cửa sổ hoặc ngăn kéo mở ra, đếm số lần tập gym, và theo dõi sinh hoạt của người cao tuổi trong phòng tắm. Những thẻ này không cần pin, không gây tiếng ồn, đảm bảo quyền riêng tư tuyệt đối và sản xuất với chi phí thấp. Kích thước của chúng nhỏ hơn một đồng xu.
Các nhà nghiên cứu kỹ thuật và máy tính đã chế tạo thành công các thẻ kim loại đơn giản với “dấu vân tay” siêu âm độc đáo để phát hiện việc mở cửa và các chuyển động khác
Tương tự các loại cảm biến nhà thông minh, những thẻ kim loại này được thiết kế để gắn lên tủ hoặc khung cửa bằng một đế in 3D. Một lẫy nhỏ sẽ được gắn vào cánh cửa hoặc ngăn kéo tương ứng. Khi cửa mở, lẫy sẽ gạt vào đĩa kim loại, tạo ra một xung siêu âm ngắn mà tai người không thể nghe thấy, nhưng lại được ghi nhận bởi một thiết bị đeo tay để lưu lại hoạt động đó.
Hình dạng của thẻ kim loại như một chiếc đĩa nhỏ có lỗ ở giữa, như long đền phẳng với các đường cắt khác nhau dọc theo mép ngoài, sẽ quyết định tần số của âm thanh. Nhờ đó, mỗi thẻ có thể được định danh một cách riêng biệt.
Ông Yibo Fu, sinh viên thực hiện luận án tiến sĩ ngành robot, người dẫn đầu dự án cùng các nhà nghiên cứu kỹ thuật và máy tính khác, chia sẻ: “Những ‘dấu vân tay’ độc đáo này có thể được sử dụng để cảm biến nhà thông minh, hay còn gọi là ‘nhận diện hoạt động’ (activity recognition)”.
Ông Fu chia sẻ thêm rằng những thẻ kim loại này có thể gắn vào vòi nước để theo dõi lượng nước sử dụng, hoặc gắn vào nắp bồn cầu để cảnh báo cho người chăm sóc khi người lớn tuổi cần hỗ trợ trong phòng tắm. Nếu gắn vào tạ trong phòng gym, chúng có thể đếm số lần squat hoặc đẩy tạ. Khách hàng cũng có thể tự tay nhấn vào các phiên bản dạng nút bấm để kích hoạt bộ hẹn giờ hoặc ghi lại một hoạt động nhất định.
Ông Bolei Deng từ trường kỹ thuật hàng không vũ trụ Daniel Guggenheim (Daniel Guggenheim school of aerospace engineering), chuyên gia về rung động và sóng âm, đã nghiên cứu cách hình học của vật thể ảnh hưởng đến sự cộng hưởng của nó. Ông và cộng sự đã tạo ra một công cụ mô phỏng và mô hình hóa để thiết kế các đĩa kim loại sao cho chúng tạo ra các tần số siêu âm cụ thể khi bị tác động.
Các mô phỏng của họ đã xác định được gần 1.300 thiết kế ban đầu, mỗi thiết kế tạo ra một tần số riêng biệt trong dải siêu âm. Những tần số này đều nằm trên mức 20 kilohertz, vượt quá giới hạn thính giác của con người. Nhóm nghiên cứu đã chọn ra 15 mẫu thiết kế tiêu biểu để thực hiện các thử nghiệm thực tế.
Ông Deng nói rằng: “Nhóm nghiên cứu có thể chọn ra 20, 50 hay thậm chí 100 mẫu thiết kế mà hệ thống vẫn hoạt động ổn định. Với việc thiết kế tỉ mỉ hơn, tin rằng số lượng thẻ khả dụng có thể rất lớn, lên tới hàng nghìn, bởi dải tần số siêu âm vốn rất rộng.”
Việc sử dụng sóng siêu âm mang lại nhiều lợi thế vượt trội bên cạnh đặc tính không gây tiếng ồn cho tai người. Những tín hiệu này rất dễ nhận diện ngay cả trong môi trường ồn ào. Đồng thời, do sóng siêu âm không truyền đi quá xa nên chỉ có các micrô ở gần mới có thể ‘nghe’ thấy tiếng thẻ. Theo ông Deng, điều này giúp thiết bị đảm bảo quyền riêng tư một cách tự nhiên, vì người ngoài sẽ không thể phát hiện bất kỳ hoạt động nào trừ khi họ đứng trong phạm vi khoảng một mét.
Một phương án khác mà các nhà nghiên cứu đã thực hiện để tối giản hóa hệ thống là không sử dụng các thuật toán học máy phức tạp để nhận diện tín hiệu siêu âm. Thay vào đó, họ xây dựng một thuật toán với các quy tắc cố định đơn giản. Cách tiếp cận này giúp việc nhận diện tín hiệu tiêu tốn rất ít năng lượng điện và tài nguyên tính toán.
Làm việc cùng ông Deng và ông Fu trong dự án phát triển thẻ kim loại là các nhà nghiên cứu Alexander Adams và Josiah Hester từ trường tính toán tương tác (School of interactive computing).
Ông Fu chia sẻ: “Đây là một sự giao thoa hoàn hảo giữa lĩnh vực máy tính và kỹ thuật. Dự án vừa bao gồm phần mô phỏng vật lý, vừa yêu cầu các giải pháp tính toán để thiết kế thuật toán đọc tín hiệu.”
Để xem các tin bài khác về “Cảm biến”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
