Злоупотребление алкоголем является глобальной проблемой. Каждый год в мире сотни тысяч пьяных водителей становятся виновниками ДТП. Эти трагические инциденты можно было бы значительно уменьшить, если бы общественность имела доступ к алкотестеру в любое время и в любом месте. К сожалению, многие производители просто не заинтересованы в создании такого объекта.

Исследователи из Центра оптики, фотоники и лазеров (COPL) Канадского Университета Лаваля проанализировали эту широко распространенную проблему и нашли потенциальное решение: встроить алкотестер в смартфон. Конечно, эта идея не нова; несколько научных сообществ пытались совершить этот подвиг. Проблема в том, что современные технологии определения уровня алкоголя в крови не подходят для интеграции в телефоны. Действительно, они громоздки, дороги, сложны в массовом производстве и не долговечны из-за необходимости замены химических датчиков.

Вместо того, чтобы пытаться интегрировать существующую технологию алкотестера в телефон, исследователи задались вопросом, могут ли существующие компоненты в телефонах использоваться для измерения содержания алкоголя в крови. Этот вопрос привел их к интересному изобретению — оптическому алкотестеру, встроенному в экран телефона. Принцип действия основан на испарении дыхательного тумана на экране. Когда окно затуманено, на поверхности образуются тысячи микрокапель. Когда дыхание содержит алкоголь, эти микрокапли испаряются быстрее, потому что алкоголь испаряется быстрее, чем вода, содержащаяся в дыхании трезвого человека.

Исследователи должны были быть изобретательными, чтобы найти способ измерить эту скорость испарения. Мультимедийные стеклянные экраны, такие как Gorilla glass, используемые для защиты телефонов, планшетов и умных часов, имеют слой защиты от царапин. Этот слой плотнее остального стекла и образует плоский волновод. Как и в оптическом волокне с сердцевиной, которая плотнее, чем окружающая область, свет может направляться от одного конца куска к другому. Источником света, используемым в новой технологии, является просто дисплей телефона. Этот свет обычно проходит через стеклянный экран, не отклоняясь, чтобы достичь наших глаз. Однако, когда экран затуманен, часть света соединяется с плоским волноводом на поверхности экрана и направляется в сторону экрана, где помещается фотодиод для измерения интенсивности света.

Связь с плоским волноводом происходит за счет сильного полного внутреннего отражения, возникающего на краю каждой микрокапли. Таким образом, интенсивность света, измеренная на фотодиоде, пропорциональна количеству микрокапель и уменьшается с испарением. Когда туман содержит спирт, микрокапли на экране испаряются быстрее, и интенсивность, измеренная на фотодиоде, также уменьшается быстрее. Исследователи продемонстрировали корреляцию между сигнатурой интенсивности света и уровнем алкоголя в крови пользователя.

Исследователи построили прототип, работающий от батареи телефона, с приложением, которое поможет пользователю пройти тест на алкоголь в крови. В телефон нужно добавить только один компонент — фотодиод. Очевидно, что фотодиод доступен по цене, и современные телефоны уже имеют несколько встроенных (например, датчик приближения, датчик окружающего света).

«Мы очень взволнованы этой новой технологией, которая может оказать реальное влияние на общество», — говорит доктор Джером Лапуэнт, первый автор статьи, опубликованной в журнале Sensors». В то время как технология хорошо работает в контролируемой среде, факторы окружающей среды в реальных условиях сильно влияют на измерения. Например, если он теплее или менее влажный, туман на экране испаряется быстрее. Поэтому необходимо будет провести испытания во всех возможных условиях, чтобы алкотестер можно было откалибровать. К счастью, современные телефоны имеют несколько датчиков, в том числе температуры и влажности, которые можно использовать для записи всех условий для каждого теста. Накопив большую базу данных, мы надеемся использовать искусственный интеллект, обучая нейронную сеть, чтобы получить точность, которая убедит крупных производителей телефонов интегрировать алкотестер в экраны.»