แค่สวมเสื้อก็วัดอัตราการเต้นของหัวใจได้ ด้วยเทคโนโลยีใหม่ "เส้นใยรับเสียง"

เสื้อผ้าอัจฉริยะ กลายเป็นหนึ่งในความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ ที่ต้องการสร้างอุปกรณ์ซึ่งสามารถตรวจวัดสถานะต่าง ๆ ของร่างกายผู้สวมใส่ได้แบบเรียลไทม์ ล่าสุด นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยาง ประเทศสิงคโปร์ ได้พัฒนา "ผ้ารับเสียง (Acoustic fabric)" ที่สามารถเก็บเสียงแล้วแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าได้

นักวิจัยได้แรงบันดาลใจในการสร้างผ้ารับเสียงนี้จากกลไกการได้ยินของหูมนุษย์ คลื่นเสียงจากสิ่งแวดล้อมจะอยู่ในรูปของแรงสั่นสะเทือน เมื่อเสียงกระทบกับเยื่อแก้วหูและกระดูก 3 ชิ้นภายในหูชั้นกลางจะเกิดการสั่นสะเทือนขึ้น ซึ่งการสั่นสะเทือนนี้จะต่อเนื่องจากไปยังเซลล์ขน (Hair cell) ภายในหูชั้นใน เซลล์คนจำนวนมากจะเปลี่ยนแรงสั่นสะเทือนกลายเป็นกระแสไฟฟ้า ซึ่งกระแสไฟฟ้านี้ คือ สัญญาณประสาท ที่จะส่งเข้าไปยังเส้นประสาทรับการได้ยินในที่สุด

การทำงานของผ้ารับเสียงนี้ใช้หลักการเดียวกันกับการได้ยินของหู คือ เส้นใยผ้าจะประกอบด้วยวัสดุเพียโซอิเล็กทริก (Piezoelectric material) ซึ่งวัสดุนี้มีคุณสมบัติพิเศษในการเปลี่ยนพลังงานจลน์ (แรงกด, แรงสั่นสะเทือน หรือแรงเค้น) ให้อยู่ในรูปของพลังงานไฟฟ้า โดยสามารถรับแรงสั่นสะเทือนของเสียงได้ในระดับนาโนเมตร เมื่อนำมาถักทอเป็นเสื้อผ้า เท่ากับว่าคุณกำลังสวมใส่ไมโครโฟนขนาดใหญ่ไปพร้อมกับตัวคุณทุกที่ทุกเวลา

จากการทดลองพบว่า ประสิทธิภาพในการรับเสียงของผ้ารับเสียงนี้ สามารถรับเสียงปรบมือเบา ๆ ที่อยู่ไกลจากตัวผู้สวมใส่ได้ไกลถึง 3 เมตร และสามารถประเมินทิศทางของเสียงในองศาที่แตกต่างกันได้อีกด้วย เช่น หากทอเส้นใยเพียโซอิเล็กทริกไว้ที่ส่วนด้านหลัง การรับเสียงปรบมือที่มาจากด้านหน้าและด้านหลังของผู้สวมใส่จะได้ความแรงที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นการบอกทิศทางของเสียงได้

ผ้ารับเสียงนี้มีประโยชน์อย่างไร? นักวิจัยได้ทอเสื้อขึ้นมาโดยมีเส้นใยผ้าบริเวณอกที่ทอจากเส้นใยเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งเป้าหมายของเสื้อตัวนี้ คือ ตรวจจับอัตราการเต้นของหัวใจ ผลปรากฏว่าเสื้อสามารถตรวจจับสัญญาณเสียงและการสั่นสะเทือนจากการเต้นของหัวใจที่ส่งมายังหน้าอกของอาสาสมัครได้อย่างแม่นยำ พร้อมส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์วัดประเมินค่าเป็นตัวเลขอัตราการเต้นของหัวใจต่อนาที

จะเห็นว่าผ้ารับเสียงนี้สามารถประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย นอกเหนือจากใช้วัดอัตราการเต้นของหัวใจแล้ว ยังสามารถถักทอเป็นเเสื้อผ้าสำหรับหญิงตั้งครรภ์ ที่สามารถจับอัตราการเต้นของหัวใจและการดิ้นของทารกได้ในครรภ์ได้ หรือถักทอเป็นเสื้อผ้าสำหรับผู้พิการทางสายตา โดยตรวจจับเสียงจากสิ่งแวดล้อมเพื่อประเมินระยะห่างของเสียงจากตัวผู้สวมใส่ เป็นต้น

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนันยางจะพัฒนาประสิทธิภาพและเพิ่มคุณสมบัติพิเศษให้แก่ผ้ารับเสียงนี้ต่อไป เช่น การส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านระบบไร้สาย เพื่อลดอุปกรณ์เสริมอื่น ๆ ที่ติดตั้งในเสื้อผ้าให้สวมใส่ได้สบายที่สุด และที่สำคัญ คือ การพัฒนาเส้นใยผ้ารับเสียงให้มีความคงทนและสามารถซักทำความสะอาดได้เหมือนเสื้อผ้าทั่วไป

ขอขอบคุณข้อมูลจาก Science Focus