Ультразвуковой глаз

Ультразвуковой «глаз» и гаджет для слепых и слабовидящих — разработки российских школьников. Сделаны под эгидой Института физики КФУ (Казанский (Приво́лжский) федеральный университет).

История создания[править]

Приспособление для слепых и слабовидящих, облегчающих их участь, - ультразвуковой "глаз" создал весной 2018 года школьник из Казани Дмитрий Галимуллин, ученик девятого класса школы № 139. Учебу юный изобретатель совмещает с занятиями в радиокружке при кафедре радиофизики Института физики Казанского федерального университета (КФУ). Действие прибора основано на принципах ультразвукового дальномера. Прибор располагается на лобной части головы и посылает ультразвуковой импульс в ту сторону, куда обращено лицо человека. Отраженный от преград сигнал возвращается и улавливается датчиком. Таким образом он помогает ориентироваться в пространстве, сообщая о препятствиях. Чем оно ближе, тем сильнее прибор вибрирует. Радиус его действия — 2 м.

Идею устройства школьнику предложил руководитель секции, старший преподаватель кафедры радиофизики Института физики Казанского федерального университета (КФУ) Павел Корчагин. В Университете он преподает такие дисциплины, как "Автоматизация обработки экспериментальных данных с использованием специализированных сред программирования", "Администрирование локальных сетей и защита информации", "Информационно-аналитические системы безопасности", "Математические основы машинной графики" и другие. [[1]].

По словам автора проекта, в мире существуют только ультразвуковые трости и фонари для слепых. Однако у этих приборов есть недостаток: они не видят препятствий, которые находятся на уровне головы и груди человека. Это объясняется тем, что их датчики расположены ниже. У нового изобретения принцип работы несколько иной.[[2]]. Дмитрий Галимуллин особо отмечает это техническое усовершенствование.

"Наклоняя и поворачивая голову, человек может полностью обследовать окружающее пространство."

За свое изобретение юный изобретатель был отмечен дипломом третьей степени в секции «Физика» на Всероссийской научной конференции учащихся имени Н.И.Лобачевского. Эта конференция является самой значимой в республике, она предназначена для выявления особо одаренных детей и предоставления им возможности дальнейшего образования, развития и специализации. Предметом рассмотрения на заседаниях секций Конференции являются исследовательские работы учащихся, которые предполагают осведомленность о современном состоянии области исследования, владение методикой проведения эксперимента, наличие собственных данных, их анализа, обобщения и вывода. Победители получают дополнительные баллы к результатам ЕГЭ и другие серьезные бонусы. [[3]]

Значимость изобретения[править]

Медицина активно развивается в области восстановления сниженного зрения. На сегодняшний день можно скорректировать практически любое нарушение зрения от близорукости и дальнозоркости до амблиопии. Но если зрение пропало полностью, медики пока бессильны. Слепота сегодня неизлечима. В наши дни учеными из МГУ, Института биоорганической химии РАН и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН разрабатывается технология, в основе которой лежит генная инженерия. Речь идет о модификации некоторых клеток глаза, которые обладают способностью синтезировать светочувствительный белок. Для доставки нужного гена в клетки глаза и «запуска» процесса продукции белка будет использоваться особый вирус. Об этом рассказал нейрофизиолог Павел Балабан [[4]]

  «Мы научились подсаживать в живые клетки ген, который продуцирует светочувствительный белок. Благодаря этому практически любая клетка может стать светочувствительной. У 90% незрячих людей глазной нерв остается неповрежденным, а это около миллиона нервных клеток. На них из открытого глаза попадает изображение, но клетки его не могут видеть, так как у них отсутствует светочувствительность. Однако если каждую из таких клеток научить производить светочувствительный белок, то они смогут передавать в мозг вполне неплохое изображение».

Сейчас ученые закончили первые фазы испытаний и готовятся улучшать технологию, однако полномасштабные клинические испытания планируется начать только в 2021-2022 году. А пока слепым людям необходима помощь высоких технологий.

Дальнейшие разработки[править]

Павел Корчагин не остановился на достигнутом и продолжил работу со своими учениками в области создания специальных приборов для слепых и слабовидящих на основе новейших технологий. Весной 2019 года учащаяся девятого класса все той же казанской школы №139 Элина Павлович разработала устройство для слабовидящих, которое позволяет в режиме онлайн обнаруживать препятствия и определять расстояние до них. Специальный гаджет можно использовать вместе с гаджетом. Руководитель проекта, старший преподаватель кафедры радиофизики Института физики Казанского федерального университета (КФУ) Павел Корчагин объяснил высокотехнологичный принцип действия изобретения.

"[Гаджет] является носимым устройством для смартфона, он содержит контроллер и ультразвуковой дальномер. Соответственно, дальномер используется для сканирования окружающего пространства, то есть он определяет расстояние до различных препятствий. Эта информация передается по интерфейсу-USB в смартфон и обрабатывается программным обеспечением, разработанным ученицей".

Как объясняет Корчагин, приложение переводит расстояние в виброакустический сигнал: датчик срабатывает определенным образом в зависимости от дистанции, что позволяет слабовидящему человеку сориентироваться в расстоянии до препятствия.[[5]]

Павел Корчагин планирует дальнейшее усовершенствование изобретения, а именно создать модуль для подключения геолокации.

"[Человек] самостоятельно сможет сканировать окружающее пространство на предмет ям, труднопреодолимых участков. Плюс, можно подключить сервисы, аналогичные Яндекс.Карты, и указывать препятствия по маршрутам".

Использовать геолокацию с целью помощи слепым и слабовидящим стремятся и западные исследователи. Так на Западе некоторые специалисты берут на вооружения метод Киша. Дэниэл Киш (Daniel Kish) из Калифорнии, ослепнув в возрасте 13 месяцев из-за рака сетчатки, развил в себе способность воспринимать окружающие предметы, щелкая языком и слушая отразившееся от них эхо. Тренируясь практически всю жизнь, он достиг такого уровня восприятия окружающего мира, что даже ездит на велосипеде. В 2000 году он смог передать свое умение более чем пятистам пациентам. А два года назад ученые из Иерусалимского университета сообщили о чудо-очках со встроенной в них видеокамерой, которая переводит изображение в звук: чем выше предмет, тем громче звук, чем ближе, тем пронзительнее [6].[[https://lenta.ru/articles/2014/11/22/wifiman]]

Гаджет и приложение, разработанные российской школьницей, являются проектной работой для участия во Всероссийской научной конференции учащихся им. Н.И.Лобачевского.