Nederlandse brildragers opgelet: deze bril laadt zichzelf op met je knipoog

Een team van de Northwestern University in de Amerikaanse staat Illinois heeft een prototype gebouwd van een gewone bril die zonder batterij gezondheidsdata verzamelt. Het systeem, GlassTENG genoemd, haalt zijn energie uit iets wat we allemaal continu doen: knipperen met onze ogen. Een gemiddeld mens knippert veertien tot twintig keer per minuut, en elke knipoog levert een heel klein beetje elektriciteit op zodra je weet hoe je die beweging moet opvangen.

Het idee is simpel maar slim. Wereldwijd draagt bijna de helft van de mensen een bril. Door van die bril een wearable te maken, hoeft niemand nieuwe gewoontes aan te leren of een extra apparaatje om zijn pols te doen. "Het menselijk gezicht is een goudmijn aan gezondheidsdata," zegt onderzoeksleider Nivedita Arora. Ze wijst erop dat polsbandjes vaak in een la belanden omdat mensen ze moeten afdoen om op te laden. Een bril draag je al de hele dag.

Statische elektriciteit uit gezichtsbewegingen

De truc zit in dunne sensoren die gebruikmaken van zogeheten triboelektrische nanogeneratoren. Dat zijn laagjes materiaal die, net als een ballon die aan je haar blijft plakken, elektronen uitwisselen zodra twee oppervlakken elkaar raken en weer loslaten. Bij GlassTENG gebeurt dat tussen de sensor en de huid van de drager. Elke gezichtsbeweging - een knipoog, een glimlach, een opgetrokken wenkbrauw of een stevige kaakklem - drukt de laagjes tegen elkaar en trekt ze weer los, en dat levert telkens een klein stroompje op.

Op het montuur zitten drie van die sensoren. Een zit bij de neusbrug, dichtbij een belangrijke slagader, en meet hartslag, knipperen en wenkbrauwbewegingen. Een tweede zit bij de slaap en registreert hartslag en kaakbewegingen. De derde zit bij het oor en voelt kauwen en tandenknarsen aan. Elke actie laat een eigen elektrisch patroon achter: de hartslag is met 50 tot 100 millivolt het zwakste signaal, knipperen en wenkbrauwbewegingen geven 200 tot 500 millivolt, en een stevige kaakklem kan oplopen tot 1,5 volt.

Hoe betrouwbaar is de meting?

Om te testen of het systeem die patronen goed herkent, trainden de onderzoekers een classificatiemodel op data van twintig proefpersonen. Dat algoritme haalde een nauwkeurigheid van 93,8 procent bij het herkennen van wat iemand aan het doen was. Tandenklapperen werd in 99 procent van de gevallen correct herkend, kaakklemmen in 96 procent. Bij een afzonderlijke test met tien zittende deelnemers week de gemeten hartslag gemiddeld maar 1,82 slagen per minuut af van een referentieborstband.

Het systeem heeft nog wel een duidelijke zwakte: praten tijdens het eten wordt vaak verward met kauwen, omdat beide dezelfde kaakspier gebruiken. Pratend werd maar in 55 procent van de gevallen herkend en in 37 procent van de gevallen aangezien voor eten. Voorlopig stuurt de bril zijn data nog via bluetooth naar een smartphone, maar de onderzoekers willen uiteindelijk alle verwerking op de bril zelf laten gebeuren, met sensorfusie van meerdere signalen tegelijk. Zo zou de bril bijvoorbeeld direct kunnen waarschuwen bij kaakklemmen, zonder tussenkomst van een telefoon. Het werk werd deze week gepresenteerd op het UbiComp/ISWC-symposium in Shanghai en is nog een labprototype, geen consumentenproduct zoals bestaande AI-glasses.