Електронні компоненти і системи 
Стаття підготована за матеріалами іноземних публікацій.
В. Романов
Під час пандемії COVID-19 люди ізолювали себе, щоб залишатися в безпеці, усуваючи соціальні контакти, зокрема особисті тренування в тренажерних залах. Для це означало повну відсутність тренувань, що призвело до збільшення ваги та погіршення загального стану здоров’я та самопочуття.
З метою створення системи віртуального тренажерного зала для індивідуальних занять компанія Tempo (США) розробила перший такий домашній зал Tempo Studio із віртуальним персональним тренером. Повна система тренувань у такому залі вимагає розпізнавання глибини 3D і побудована вона на базі технології часу прольоту (ToF), яка здатна у реальному часі вимірювати положення людини, що тренується, та відстежувати її швидкі рухи.
Технологія часу прольоту (ToF) – це метод вимірювання відстані між датчиком і об’єктом, заснований на різниці в часі між випромінюванням сигналу та його поверненням до датчика після відбиття від об’єкта. (Выделить цветом)
Щоб створити таку систему, компанія Tempo об’єднала зусилля науковців з фітнесу, докторів наук з фізіології та сертифікованих персональними тренерів. Персональні завдання такої системи створені за допомогою штучного інтелекту, який забезпечує зворотній зв’язок у реальному часі та розробляє плани та програми тренувань. Щоб забезпечити краще відстеження положення людини, що тренується, зйомки за допомогою технології ToF з високою роздільною здатністю не гірше одного мегапікселя, компанія Tempo співпрацювала з компанією Analog Devices. Рішення з високою точністю та низькою затримкою забезпечує покращений зворотний зв’язок для більш ефективного тренування для любителів фітнесу по всьому світу. Спираючись на думку, згідно з якою персональні тренування змінюють життя людини, компанія Tempo переосмислила індустрію домашнього фітнесу завдяки зростаючому набору передових технологічних виробів на базі штучного інтелекту, які орієнтовані на велику кількість користувачів. На ринок виведена перша у форматі 3D персональна домашня система фітнесу компанії Tempo з високою роздільною здатністю і частотою кадрів (рис. 1).
Рис. 1. Приклад занять с віртуальним тренером
Система дає можливість відстежувати положення та швидкі рухи тренажера за допомогою підвищеної глибини та точності. Таким чином, ця система покращує здоров’я та фізичну форму спортсменів різного профілю: боксерів, штангістів, а також тренерів та любителів йоги за допомогою віртуального персонального тренера, який надає у реальному часі чіткі вказівки та коригувальні поради.
Вхід компанії Tempo у фітнес-індустрію розпочався з персоналізованих систем тренувань у трена-жерних залах, а потім з виробів для тренування вдома. Зараз, починаючи з 2019 року, компанія Tempo запропонувала нове фітнес-рішення наступного покоління, для цього вона розробила власну 3D-KaMe-ру на основі базової технології ToF компанії Analog Devices. Ця камера має високу роздільну здатність і містить мегапіксельний датчик глибини (рис. 2).
Рис. 2. 3D-камера компанії Tempo на основі технології ToF
Віртуальний тренажерний зал для персонального фітнес-тренування компанії Tempo забезпечує такі можливості:
• необхідну відстань від камери ToF до людини, що тренується
• визначення точного положення (рук, ніг, тулубу, голови) та швидких рухів людини, що виконує вправи
• підтримує точне положення і швидке переміщення тренажера.
Камера ToF працює наступним чином. Вона вимірює відстань, відбиваючи промінь світла від людини, що тренується, назад до датчика. Потім камера вимірює часову затримку між випромінюванням світла та моментом, коли датчик отримує відбите світло. Цей процес схожий на ультразвукове вимірювання відстані. Камера може створювати карти глибини високої роздільної здатності з точністю, подібною до камер RGB (рис. 3). Штучний інтелект і 3D-ceHCop відстежують якість виконання вправ та надають відгук під час тренування.
Рис. 3. Принцип роботи камери ToF при тренуванні
Компоненти компанії Analog Devices забезпечують надвисоку роздільну здатність у мільйони пікселів для сцени навчання. Це дає змогу точно визначити, наприклад, де знаходиться штанга та де руки того, хто тренується, відносно інших частин тіла. Такий тонкий рівень деталізації дозволяє віртуальному тренеру зі штучним інтелектом визначити, чи правильно виконуються вправи.
Слід відзначити, що існує два способи відтворити глибину сцени. Перший – за допомогою програмного забезпечення. Другий – через апаратну вибірку. Компанія Tempo скористалася перевагами апаратної технології компанії Analog Devices. ІМС ADSD3500 дозволяє досягти малої затримки та високої частоти кадрів.
3D-камера віртуального тренажеру створена на базі технології безперервної хвилі компанії Analog Devices і забезпечує найвищу продуктивність на ринку на сьогодні. Камера відрізняється високою надійністю і точністю при обробці інформації про глибину навіть у великому просторі із поверхнями з високим ступенем відбиття та рухомими об’єктами.
Технологія ToF здатна досягти швидкості до 40 кадрів в секунду. Висока частота кадрів допомагає усунути розмиття та точно визначити положення різних елементів у сцені під час руху того, хто тренується. З менш потужною системою ToF, та нижчою роздільною здатністю та частотою кадрів важко побачити панель вправ або її позиціонування через швидкість руху. Відстань до камери також може бути важливою вимогою, оскільки деякі подібні системи мають обмежений просторовий діапазон.
Рис. 4. Розумний віртуальний тренажерний зал компанії Tempo
За допомогою компанії можна отримати розумний віртуальний тренажерний зал (рис. 4) в якому відстежується, аналізується та корегується віртуальними тренерами у реальному часі виконання фізичних вправ. Штучний інтелект вивчає тіло того, хто тренується, і у разі потреби надає рекомендації щодо виконання вправ (рис.5). На сьогодні це практично єдиний розумний тренажерний зал із вбудованим штучним інтелектом.
Рис. 5. Розумний тренажерний зал з вбудованим штучним інтелектом
ВИСНОВКИ
Потреби у розумних тренажерних залах для домашнього використання в світі постійно зростають. За прогнозом компанії Business Research Company світовий ринок зростання онлайн-фітнесу у 2026 році досягне 79 мільярдів доларів США. Одне з провідних місць у виробництві розумних тренажерних залів для широких верств населення займає компанія Tempo. У її тренажерних залах використана найсучасніша елементна база, передові комп’ютерні технології, ToF камери нового покоління, включно компоненти штучного інтелекту. У розумному залі компанії Tempo персональний віртуальний тренер не тільки покаже, як треба виконувати різні фізичні вправи, але відкоригує помилки під час тренування.
