Сенсорный пол

Первые прототипы сенсорного пола были разработаны в 1990-х годах, главным образом для анализа человеческой походки.

Значительный вклад в развитие технологии в 2010-х годах внесли исследовательские проекты Института Хассо Платтнера «Multitoe» (2010) и «GravitySpace» (2013)^[12]. Эти прототипы представляли собой полы, чувствительные к давлению, способные с высокой точностью определять позы, распознавать жесты ногами и даже идентифицировать людей по подошве их обуви^[12]. Они послужили основой для дальнейших исследований в области взаимодействия человека с компьютером^[13].

Параллельно с исследовательскими проектами, к середине 2010-х годов на рынке появились первые коммерческие решения, в основном в виде интерактивных проекционных систем. Они находили применение в развлекательной, образовательной и рекламной сферах для привлечения посетителей на выставках и мероприятиях^[14][15].

Обычно такие полы используются как источник сенсорной информации для систем среды с встроенным интеллектом. В зависимости от типа применяемых датчиков сенсорный пол может измерять нагрузку (давление), определять приближение (для обнаружения, отслеживания и распознавания людей), а также взаимодействовать с магнитным полем (например, для обнаружения металлических объектов роботов и с использованием магнитометров).

Этот тип полов представляет собой напольное покрытие или подложку, в которую интегрированы различные датчики. В отличие от проекционных систем, сенсоры являются частью самой конструкции пола. Основные используемые технологии — ёмкостные и пьезорезистивные (чувствительные к давлению).

Одним из наиболее зрелых коммерческих решений в этой категории является система SensFloor от немецкой компании Future-Shape GmbH. Она представляет собой тонкую текстильную подложку (около 2 мм) со встроенными ёмкостными датчиками, которая укладывается под любое финишное покрытие, такое как ковролин, ламинат или плитка, делая технологию невидимой. Система реагирует на изменение электромагнитного поля при приближении человека, что позволяет определять количество людей, их местоположение, направление движения, а также с высокой точностью регистрировать падения. К 2023 году SensFloor являлся устоявшимся продуктом, представленным на рынке более 15 лет и используемым в учреждениях по уходу за пожилыми людьми в более чем 14 странах, главным образом для мониторинга падений. Помимо здравоохранения, технология применяется в розничной торговле для анализа потоков покупателей, в системах безопасности и для создания интерактивных мультимедийных инсталляций^[16].

К развивающимся коммерческим решениям относится продукция американской компании Scanalytics, которая производит «умную» подложку для анализа пешеходного трафика в коммерческих и жилых зданиях^[17]. Французская компания Nanomade разработала технологию «умного пола» на основе специальных чернил, превращающих поверхность в чувствительную к давлению платформу для определения присутствия и фиксации падений в учреждениях здравоохранения^[18].

В исследовательских кругах также ведётся разработка новых прототипов. В 2020 году был представлен проект CapLoc — недорогой сенсорный пол на основе ёмкостной технологии для локализации людей в помещении^[19]. В 2023 году исследовательское подразделение Disney продемонстрировало прототип «умного» пола для виртуальной реальности, состоящего из подвижных модулей, которые отслеживают шаги и сдвигаются под ногами пользователя, создавая эффект «бесконечной ходьбы»^[20]. Другие перспективные разработки включают мультисенсорные полы, способные идентифицировать человека по весу (патент IBM)^[21], и самозаряжающиеся покрытия на основе трибоэлектрических наногенераторов, которые вырабатывают энергию от шагов^[22].

Этот тип систем, наиболее распространённый в коммерческой сфере, представляет собой программно-аппаратный комплекс, который создаёт на обычном полу динамическое изображение, реагирующее на движения^[23][24]. В отличие от полов со встроенными датчиками, само напольное покрытие остаётся пассивным. Система, как правило, состоит из проектора, компьютера и внешних датчиков (например, инфракрасной камеры или датчика глубины), которые отслеживают перемещения людей в зоне проекции^[25]. Программное обеспечение в реальном времени обрабатывает данные с сенсоров и изменяет проецируемое изображение, создавая эффект «живого» пола^[23].

Основными сферами применения являются образование, реклама и развлечения. В детских садах, школах и развивающих центрах такие полы используются для обучения в игровой форме, развития моторики, координации и внимания^[23][26]. Многие программные комплексы включают контент для детей с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ)^[27][28]. В торговых центрах, на выставках и мероприятиях интерактивные проекции служат для привлечения посетителей и продвижения брендов^[29].

К 2020-м годам на рынке сформировался зрелый сегмент коммерческих решений. Среди зарубежных производителей известна датская компания WizeFloor, представившая свои разработки для образования на выставке BETT 2023^[28]. На российском рынке работают такие производители, как NexTouch^[26], Olodim (система «Горизонт»)^[25] и разработчики программных комплексов, например, «ОС3. Умный пол»^[27].

Помимо сложных электронных систем, на рынке существуют более простые коммерческие решения в виде модульных сенсорных плиток. Как правило, это герметичные панели, которые реагируют на нажатие. Один из видов таких плиток заполнен цветным нетоксичным гелем, который перемещается при давлении^[30], другой — оснащён светодиодами, загорающимися при нажатии^[31]. Подобные плитки используются в сенсорных комнатах, детских учреждениях и реабилитационных центрах для развития визуального и тактильного восприятия^[31].

Сенсорный пол находит применение в широком спектре областей, от здравоохранения и розничной торговли до образования и индустрии развлечений.

Здравоохранение и уход за пожилыми людьми Одной из ключевых областей применения является здравоохранение и уход за пожилыми людьми в рамках концепции AAL. Системы со встроенными датчиками, такие как SensFloor, используются для автоматического обнаружения падений, что позволяет своевременно отправлять сигнал тревоги персоналу или родственникам. Такие полы могут анализировать паттерны ходьбы для оценки риска падений^[32], отслеживать активность пациентов и автоматически включать свет при ночных пробуждениях. Также сенсорные полы применяются для анализа походки с целью диагностики состояния здоровья.

Розничная торговля и аналитика В розничной торговле (ритейле) сенсорные полы служат инструментом для анализа поведения покупателей. Они позволяют собирать анонимные данные о потоках посетителей, подсчитывать их количество, измерять время пребывания в определённых зонах и длину очередей. Эта информация используется для оптимизации планировки торгового зала и оценки эффективности маркетинговых акций.

Образование и развитие Интерактивные проекционные системы широко используются в образовательных учреждениях — детских садах, школах и развивающих центрах. С их помощью обучение проходит в игровой форме: дети изучают цвета, основы математики, развивают моторику, координацию и внимание. Существуют программные комплексы, адаптированные для детей с ограниченными возможностями здоровья. Также сенсорные плитки с гелем или светодиодами применяются в сенсорных комнатах для развития тактильного и визуального восприятия.

Развлечения, интерактивные приложения и VR В индустрии развлечений и рекламе сенсорные полы используются для создания интерактивных инсталляций на выставках, в музеях и торговых центрах. Они могут служить в качестве игрового контроллера^[33], музыкального инструмента MIDI или платформы для анализа танцевальных движений^[34]. Перспективным направлением является использование в сфере виртуальной реальности (VR), где прототипы «умных» полов создают эффект «бесконечной ходьбы» для полного погружения пользователя, а также в тематических парках для создания аттракционов с тактильными эффектами^[35].

«Умный дом», безопасность и робототехника В системах «умного дома» сенсорные полы интегрируются с другими устройствами для автоматизации повседневных задач, например, для управления освещением и климатом в зависимости от присутствия людей в комнате. В сфере безопасности они применяются для обнаружения несанкционированного проникновения. Также сенсорные полы могут использоваться для картографирования среды для автономных роботов^[36].