نظارات ذكية لا تحتاج إلى بطارية ترصد معدل ضربات القلب وعادات الأكل عبر الرمش وحركات الفك

من المتوقع أن تتمكن النظارات اليومية مستقبلاً من تتبع نشاط القلب، والعض، وعادات الأكل عبر مستشعرات، دون الحاجة إلى بطارية، وفقاً لتقرير بحثي لمهندسي جامعة نورث وسترن. يُدعى النموذج الأولي GlassTENG، ويستخدم مستشعرات لجمع الطاقة الميكانيكية الناتجة عن حركات الوجه وتحويلها إلى الكهرباء اللازمة للاكتشاف. وقالت نيفيديتا أرورا، من كلية ماكورميك للهندسة بجامعة نورث وسترن، المشاركة في هذا البحث، إن الهدف هو تحويل النظارات إلى جهاز صحي قابل للارتداء دون تغيير عادات الناس في الاستخدام، نظراً لأن حوالي نصف السكان يرتدون النظارات بالفعل.

يتكون جوهر التصميم من ثلاثة مولدات نانوية فائقة الرقة تعمل بالاحتكاك الكهربائي. وتعتمد هذه المولدات على مبدأ الكهرباء الساكنة: عندما تلامس مادتان مختلفتان ثم تبتعدان، يمكن للإلكترونات أن تتحرك بينهما، مما يخلق شحنة كهربائية مؤقتة. يحتوي كل مستشعر مرن على هيكل متعدد الطبقات، ينضغط ويفصل باستمرار مع حركات الوجه. إن الرمش السريع، أو إحكام الفك، أو تدفق الدم في الشرايين، كلها قادرة على تشغيل هذه المستشعرات. وأوضحت أرورا أن حركة الرمش تساعد في تزويد مستشعر كشف الرمش بالطاقة.

تصميم المستشعرات ووظائفها

وضع الفريق مستشعراً في موضع جسر الأنف، بالقرب من الشريان الزاوي وعضلات محيط العين، لرصد النبض، والرمش، وحركات الحاجب. ويقع المستشعر الثاني بالقرب من الصدغ، فوق الشريان الصدغي السطحي، لرصد النبض وحركات الفك. أما المستشعر الثالث فيقع أقرب إلى الأذن، لاستشعار حركات المضغ وإحكام الفك. وتنتج الحركات المختلفة بصمات كهربائية مميزة؛ إذ يولد نبض الشريان، وهو أضعف قوة، نحو 50 إلى 100 ميلي فولت، بينما يولد الرمش ورفع الحاجب نحو 200 إلى 500 ميلي فولت، في حين يمكن لحركات الفك القوية مثل المضغ وإحكام الفك أن تصل إلى 1.5 فولت.

في الاختبارات، ارتدى 20 مشاركاً النظارات وقاموا بحركات الرمش، ورفع الحاجب، والعض، ونقر الأسنان، والأكل، والحديث. حللت خوارزميات التعلم الآلي الإشارات لتحديد كل نشاط، محققة دقة بلغت 93.8% عبر الأنشطة الستة. بلغت نسبة التعرف على نقر الأسنان 99%، وعلى إحكام الفك 96%، وتمكنت النظارات من تمييز هذه الحركات عن الأنشطة اليومية مثل الحديث والأكل.

تستهلك العديد من الأجهزة القابلة للارتداء الطاقة باستمرار، مما يستلزم بطاريات أكبر وشحناً دورياً. في حين يبلغ إجمالي استهلاك الطاقة لمستشعرات GlassTENG الثلاثة 4.1 ميكرو واط فقط، وهو أقل بعدة مراتب من العديد من تقنيات الاستشعار التقليدية. وتنقل البيانات عبر البلوتوث إلى الهواتف الذكية أو الأجهزة اللوحية.

التطبيقات المحتملة للتقنية

يرى الباحثون أن هذه التقنية يمكن استخدامها لمراقبة صحة القلب والأوعية الدموية، ومشاكل عض الأسنان (إحكام الفك غير الإرادي وتآكل الأسنان)، والإرهاق، وسلوكيات الأكل اليومية. وقال المؤلف المشارك، الأستاذ المساعد في الطب الوقائي وعلوم الحاسوب والهندسة الكهربائية والحاسوبية، نبيل ألشرفا، إن النظارات يمكن أن تحفز مرتديها على إرخاء الفك المشدود، أو الانتباه أكثر لعادات الأكل. وأوضحت أرورا أن الهدف طويل المدى هو تحقيق حوسبة للأجهزة دون بطارية، تتيح للنظارات تقديم تغذية راجعة فورية عند اكتشاف أحداث فسيولوجية. وأشار ألشرفا إلى أن الهدف هو جعل الأجهزة القابلة للارتداء تساعد الناس على "التعرف على سلوكهم في اللحظة وتغييره".

نُشرت الدراسة في وقائع مؤتمر ACM الدولي للحوسبة القابلة للارتداء لعام 2026. وكان طلاب الماجستير راج ديف، وجوفانيس برودانيش، ويونغ-تشينغ لاي هم المؤلفين المشاركين الأوائل، بينما دعمت شركة Ansys, Inc. جزءاً من هذا العمل.

آفاق التقنية القابلة للارتداء بدون بطارية

لا يقتصر التصميم المبتكر لنظارات GlassTENG على التخلص من الاعتماد على البطاريات التقليدية، بل تتيح أيضاً مراقبة فعالة لحالة صحة المستخدم. ويمثل تطور هذه التقنية أهمية كبيرة لسوق الأجهزة القابلة للارتداء، لأنها تقلل الحاجة إلى الشحن وتحسّن تجربة المستخدم. ومع تزايد اهتمام الناس بإدارة الصحة، ستجذب عملية هذه الأجهزة وسهولة استخدامها المزيد من المستخدمين. وبالإضافة إلى ذلك، من خلال تحليل البيانات الفسيولوجية باستخدام التعلم الآلي، تمتلك هذه النظارات إمكانات لتصبح أداة مهمة في المراقبة الصحية اليومية، مما يساعد الناس على إدارة أنماط حياتهم وسلوكياتهم الصحية بشكل أفضل.