Cảm biến kiểm tra các dấu hiệu sức khỏe của tài xế
Sự gia tăng nhanh chóng các vụ tai nạn ô tô do tài xế buồn ngủ, đột quỵ hoặc gặp phải các tình huống khẩn cấp về sức khỏe đang ngày càng đặt ra những vấn đề đáng báo động. Đồng thời, trong những năm trở lại đây liên tiếp có trường hợp trẻ em bị phụ huynh bỏ quên trên ô tô, hậu quả là rất nghiêm trọng do nhiệt độ trong xe tăng cao giữa thời tiết nắng nóng, có thể lên tới hơn 60 độ C.
Công ty khởi nghiệp Pontosense đã phát triển một loại cảm biến mới được đặt trong xe để cảnh báo về những tình huống khẩn cấp như vậy. Hệ thống cảm biến sóng radar milimet thông minh không dây (tên viết tắt: WISe) sẽ giúp theo dõi các dấu hiệu về sức khỏe của người ngồi trên xe, phát hiện sự có mặt của hành khách cũng như vị trí chính xác của họ. Hệ thống WISe phát ra tín hiệu có bước sóng đủ ngắn để đo những thay đổi nhỏ trong cơ thể và gửi về các chỉ số sức khỏe của người lái, bao gồm nhịp tim, hơi thở, phát hiện kịp thời tình trạng mệt mỏi, thiếu tỉnh táo và các trường hợp y tế khẩn cấp có thể xảy ra. Tín hiệu phản hồi sẽ được phân tích bằng thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI).
Giám đốc điều hành, đồng sáng lập của Công ty Pontosense, ông Alex S.Qi cho biết: “Nhu cầu của thị trường đối với việc phòng ngừa và cảnh báo các vấn đề mất an toàn là rất lớn. Có một nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng trạng thái mệt mỏi, thiếu tỉnh táo và các vấn đề sức khỏe đột ngột kéo đến là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tai nạn giao thông.” Ông cũng cho hay WISe là cảm biến bước sóng milimet không dây được sử dụng để đáp ứng mục đích đó và có mặt đầu tiên trên thị trường công nghiệp ô tô. Hệ thống này dự kiến sẽ được lắp đặt trên một số mẫu xe trong tương lai gần.
Quy trình vận hành hệ thống cảm biến trên xe
Các hệ thống giám sát người lái trong ô tô hiện nay yêu cầu phải có camera hoặc cảm biến tiếp xúc, nhưng với WISe thì chúng hoạt động không dây. WISe sử dụng cảm biến RF để ghi những âm thanh dội lại của các chuyển động vô cùng nhỏ do cơ thể tài xế hoặc hành khách tạo ra từ nhịp tim và hơi thở. WISe phát hiện những thay đổi trong pha của tín hiệu phản xạ, nhận biết các chuyển động vi mô và tính toán các chỉ số sinh tồn. Ông Alex cho hay cách mà cảm biến này hoạt động bằng sóng phản xạ cũng giống như cá voi hay dơi, chúng phát ra âm thanh và não của chúng phân tích những tiếng vang được dội ngược lại. Sự phản hồi âm thanh này cung cấp thông tin cần thiết cho chúng để định vị và theo dõi con mồi, khả năng này được gọi là định vị bằng tiếng vang (Echolocation).
Đồng sáng lập và cũng là Giám đốc công nghệ của công ty – ông Yihong Qi chính là tác giả của cảm biến truyền sóng milimet cho biết, khi sóng được phản xạ trở lại cảm biến, tiếng vang nhận được cho phép WISe nhận biết các chuyển động nhỏ và thu thập dữ liệu về tình trạng sức khỏe của người đó, cụ thể là nhịp tim và nhịp thở. WISe thu thập kết quả hằng ngày để khoanh vùng phạm vi ổn định của sức khỏe, cuối cùng hiển thị dữ liệu lên màn hình ô tô. Thông tin cũng được lưu trữ trong một bộ nhớ trên xe cũng như máy chủ bên ngoài để có thể truy cập sau này. Hệ thống thông tin được mã hóa để bảo vệ dữ liệu cá nhân của khách hàng khỏi sự xâm nhập của tin tặc.
Các cảm biến có thể được lắp đặt ở các vị trí khác nhau trên xe, bao gồm phía sau gương chiếu hậu, phía sau bảng điều khiển, giữa ghế lái và ghế hành khách. Thiết bị này có kích thước chỉ bằng một đồng xu với đường kính 40 mm, công suất tiêu tốn ít hơn 10 mW. Ăng-ten được thiết kế có kích thước 10 mm khiến cho cảm biến nhỏ và linh hoạt hơn. Nó có thể truyền sóng milimet ở mức tần số 24, 60 hoặc 77 GHz tùy thuộc vào từng loại phương tiện. Tần số càng cao thì bước sóng càng ngắn, với bước sóng ngắn thì cảm biến có thể nhận biết chuyển động của hành khách trên xe chính xác hơn.
Tuy nhiên, thách thức lớn nhất trong quá trình phát triển loại cảm biến này là tìm ra cách lọc tiếng ồn từ bên ngoài để đảm bảo kết quả đo được chính xác. Ví dụ như trong bệnh viện, khi đo nhịp tim cho bệnh nhân, các cảm biến được gắn trực tiếp vào cơ thể họ để đọc dữ liệu một cách chính xác. Thế nên, với loại cảm biến không dây không chạm cần phải có các chức năng loại bỏ tạp âm từ môi trường bên ngoài có thể ảnh hưởng đến kết quả nhịp tim thu thập được, như tiếng động cơ ô tô, tiếng các vật dụng trong xe di chuyển. Để lọc âm nhiễu, Giám đốc công nghệ Yihong đã phát triển phần mềm xử lý tín hiệu sử dụng AI để phân tích dữ liệu. Các thuật toán có nhiệm vụ lọc dữ liệu, tạo ra hình ảnh radar rõ ràng cho bản đồ sinh trắc học và truyền thông đến màn hình hiển thị nếu nghi ngờ có bất kỳ vấn đề nào liên quan đến sức khỏe của hành khách. Công ty cho biết phải mất từ 5 đến 10 giây để WISe phát hiện ra dấu hiệu bất thường của tài xế hay hành khách và thông báo cho họ được biết.
Đối với mỗi nhà sản xuất ô tô sẽ hỗ trợ một hệ thống cảnh báo an toàn khác nhau cho hành khách nếu cảm biến phát hiện ra sức khỏe của họ có vấn đề. Hệ thống này có thể gồm chuông báo động hoặc tự động giảm tốc và tấp vào lề đối với xe tự lái một cách an toàn. Nếu cảnh báo là không chính xác, người dùng cũng có thể dễ dàng tắt nó đi.
Cảm biến hỗ trợ phòng ngừa những tai nạn nghiêm trọng
Cách đếm số hành khách trên ô tô hiện đang được sử dụng là thông qua cảm biến áp suất được lắp đặt ở mặt dưới mỗi ghế ngồi. Tuy nhiên, đôi khi cảm biến này hoạt động không chính xác vì một vật nặng được đặt vào như túi hành lý cũng có thể làm sai lệch kết quả đo. Theo một báo cáo khoa học [1] đã được đăng trên tạp chí IEEE Access vào năm 2020, cảm biến áp suất cũng có thể không xác định được sự hiện diện của trẻ em nặng dưới 29 kg. So với cảm biến áp suất, WISe có thể nhận diện số hành khách chính xác hơn, từ người lớn, trẻ em cho đến thú cưng thông qua các dấu hiệu sinh tồn và độ lớn của cơ thể. Việc xác định độ lớn của cơ thể người khá quan trọng trong việc thiết kế túi khí an toàn. Theo Viện Bảo hiểm an toàn đường cao tốc (IIHS), sau một vụ va chạm, túi khí sẽ bung ra khỏi vô lăng, bảng điều khiển hoặc một vị trí khác trên xe với tốc độ khoảng 27 km/h. Những người nặng dưới 68 kg hoặc thấp hơn 1,5 m có thể bị thương nặng hoặc thậm chí thiệt mạng nếu tốc độ bung của túi khí bị chậm đi. Sự tích hợp của hệ thống cảm biến WISe đưa tới các cảnh báo cho ô tô, làm tăng tốc độ chuẩn bị của túi khí khi phát hiện ra các chỉ số sức khỏe của hành khách có những thay đổi bất thường. WISe cũng có thể cảnh báo trường hợp trẻ em hoặc thú cưng bị bỏ quên trên xe bằng cách thu thập các dấu hiệu sinh tồn, ngăn ngừa tình trạng say nắng hoặc dẫn đến tử vong nếu nhiệt độ trong xe tăng quá cao. Lúc này, cảm biến phát ra các tín hiệu yêu cầu phương tiện mở cửa sổ hoặc bật chuông báo động cho những người gần đó. Với sự xuất hiện của cảm biến này, trải nghiệm của người sử dụng đối với ô tô được nâng cao vượt bậc, con người là trung tâm giữa các thiết bị và phương tiện phục vụ cho cuộc sống khi mà tình trạng sức khỏe của họ luôn được quan tâm một cách sát sao.
Hành trình phát triển cảm biến không dây siêu thông minh
Khi hai nhà sáng lập của dự án tham dự Triển lãm Điện tử tiêu dùng 2019 ở Las Vegas, họ nhận thấy có rất nhiều công ty trưng bày các thiết bị đo chỉ số sinh tồn, nhưng tất cả đều cần hai cảm biến trở lên để có thể hoạt động và không thân thiện với người dùng. Các cảm biến này sử dụng sóng Wi-Fi, băng thông tần số thấp nên không thể nhận được dữ liệu một cách chính xác. Bán kính nhận diện của cảm biến là trong vòng một mét và chúng không thể phân biệt được nhiều người với nhau.
Ông Yihong đã có một hành trình nghiên cứu hàng thập kỷ để có thể phát triển hệ thống ăng-ten, đo lường khả năng tương thích điện từ và tần số vô tuyến cũng như xây dựng các thuật toán xử lý tín hiệu kỹ thuật số. Bằng kinh nghiệm của mình, ông đã có những ý tưởng về việc tạo ra một thiết bị cảm biến thông minh không dây có độ chính xác cao hơn, thân thiện hơn với người dùng. Thành quả từ việc hợp tác của hai người là sự ra đời của hệ thống cảm biến không dây và thành lập của công ty Pontosense cùng vào năm 2021 để đưa hệ thống này ra thị trường. Pontosense đã nhận được Giải thưởng của Ủy ban kỹ thuật siêu trí tuệ IEEE về sự xuất sắc trong lĩnh vực siêu trí tuệ vào năm ngoái với “Những đóng góp về hệ thống cảm biến thông minh không dây cho sự an toàn của hành khách trên ô tô”, Giải thưởng nằm trong hạng mục tác động công nghiệp.
Phạm Minh Anh (theo spectrum.ieee.org)
