В Институте прочности конструкций и систем Фраунгофера разработали шлем со встроенным сенсором для измерения степени вибрации при движении на грузовой технике. Он измеряет вредные вибрации, влияющие на здоровье, а специализированный софт анализирует сигналы и показывает уровень стресса.
Экскаваторы, погрузчики или бульдозеры генерируют низкочастотные вибрации, которые проходят через тело человека и могут вызвать проблемы со здоровьем в долгосрочной перспективе, включая, например, нарушение зрения или повреждение позвоночника и головного мозга.
Исследователи разработали решение этой проблемы в рамках своего проекта Flexeras: защитный шлем со встроенным датчиком ускорения регистрирует вибрации, воздействующие на тело, и передаёт их ч на внешний компьютер, где они анализируются и визуализируются. Это позволяет в любой момент определить, когда для человека, находящегося в кресле водителя, достигнут предел напряжения. Это позволит принять меры для облегчения работы водителя экскаватора, например, улучшить амортизацию сиденья или обеспечить своевременные перерывы.
Эксперт в области электромеханики и автоматизации Бьорн Зайпель говорит: «Вибрации, которым подвергаются водители строительных машин, в среднем достигают значений ускорения от 0,2 м/с² до 1,5 м/с²; пиковые значения могут быть значительно выше. Датчик на шлеме позволяет легко и точно измерить вибрационную нагрузку в повседневной работе. Это позволяет значительно улучшить охрану здоровья».
В основе технологии лежит пьезоэлектретный преобразователь в виде малозаметной гибкой полипропиленовой плёнки, служащий датчиком. Она помещается внутри шлема на макушке и крепится ремнём. Вибрации, исходящие от строительной машины и проходящие через кузов, деформируют плёнку под воздействием сил ускорения.
Степень деформации определяет напряжение, которое в виде сигнала передаётся на электронный модуль. В электронном модуле сигналы обрабатываются, передаются на блок-передатчик, закреплённый на корпусе, и отправляются на компьютер по беспроводному соединению. Установленное там программное обеспечение записывает сигналы и отображает вибрации в выбранных диапазонах частот в режиме реального времени.
«Например, частоты от 4 до 6 Гц опасны для позвоночника, а голова и глаза особенно подвержены риску в диапазоне от 20 до 30 Гц. Программное обеспечение можно настроить так, чтобы оно выдавало предупреждение, например, при достижении определённых пределов», — объясняет эксперт Денис Беккер из отдела экспериментального анализа и электромеханики.
В перспективе шлем могут доработать, чтобы его можно было использовать в тех сферах, где работники подвергаются высоким биомеханическим нагрузкам.
Партнёром проекта также был Институт Фраунгофера интегральных микросхем IIS в Эрлангене. Его эксперты поделились своим опытом в области анализа данных для медицинских сенсорных систем. Демонстрационная модель Flexeras будет представлена на Ганноверской ярмарке в апреле 2024 года.
