Кіберфізична система «розумна чашка» для людей з вадами зору
Вантажиться...
Дата
2026
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Хмельницький національний університет
Анотація
Дана стаття присвячена обґрунтуванню та проєктуванню кіберфізичної системи «Розумна чашка», розробленої для
підвищення рівня автономії та безпеки людей із вадами зору в процесі приготування та споживання напоїв. У роботі
проаналізовано сучасний стан проблеми, що характеризується стрімким зростанням кількості осіб із порушеннями зору в
глобальному масштабі. Авторами детально розглянуто нейрофізіологічні засади компенсації втрачених функцій зору через
механізми крос-модальної пластичності головного мозку, де провідну роль починають відігравати слуховий та тактильний
аналізатори. Встановлено, що здатність мозку до реорганізації та перепрограмування візуальних зон кори для обробки
сигналів від інших органів чуття створює фундаментальну базу для впровадження високотехнологічних асистивних рішень. У
статті представлено критичний огляд існуючих аналогів і доведено, що більшість із них мають обмежений функціонал,
зосереджений лише на інформаційних сповіщеннях. На відміну від відомих засобів, запропонована кіберфізична система
базується на інтеграції дев'яти взаємопов'язаних підсистем, що забезпечують комплексний контроль процесу. Ключовою
науковою новизною розробки є концептуалізація мультимодального інтерфейсу «Zero-Visual UI», який вперше поєднує
динамічну тактильну індикацію зміни текстури корпусу із голосовим супроводом у межах єдиного пристрою. Архітектура
системи побудована на трирівневій ієрархії, що включає фізичний рівень з мережею датчиків рівня рідини, температури, ваги,
тиску та мутності рідини, середній рівень на базі енергоефективного контролера ESP32 та верхній кібернетичний рівень у
вигляді спеціалізованого мобільного застосунку. Особливу увагу приділено інтелектуальному контуру безпеки, який реалізує
автоматичне блокування питного клапана при виявленні небезпечного тиску пари, та підсистемі гігієнічного контролю, що
використовує оптичні сенсори мутності для верифікації чистоти чашки. У підсумку розроблена концепція перетворює простий
побутовий пристрій на складну інтелектуальну систему, яка забезпечує незрячим людям повну безпеку від опіків, точність
дозування інгредієнтів та впевненість у щоденних справах, сприяючи розвитку інклюзивного середовища та покращенню
якості життя.
This article is devoted to the justification and design of an innovative cyber-physical system “Smart Cup,” specially developed to increase the autonomy and safety of visually impaired people in the process of preparing and consuming beverages. The paper analyzes the current state of the problem, which is characterized by a rapid increase in the number of people with visual impairments on a global scale, which is projected to reach 703 million people by 2050. The authors examine in detail the neurophysiological basis for compensating for lost visual functions through the mechanisms of cross-modal plasticity of the brain, where auditory and tactile analyzers begin to play a leading role. It has been established that the brain's ability to reorganize and reprogram visual areas of the cortex to process signals from other senses creates a fundamental basis for the implementation of high-tech assistive solutions. The article presents a critical review of existing analogues, such as liquid level indicators, as well as various “smart” assistive technologies, and proves that most of them have limited functionality, focused only on information notifications. Unlike known means, the proposed cyber-physical system is based on the integration of nine interconnected subsystems that provide comprehensive process control. The key scientific novelty of the development is the conceptualization of the multimodal interface “Zero-Visual UI,” which for the first time combines dynamic tactile indication of changes in the texture of the body with voice accompaniment within a single device. The system architecture is based on a three-level hierarchy, which includes a physical level with a network of sensors for liquid level, temperature, weight, pressure, and turbidity, a middle level based on an energy-efficient ESP32 controller, and an upper cybernetic level in the form of a specialized mobile application. Particular attention is paid to the intelligent safety circuit, which automatically locks the drinking valve when dangerous steam pressure is detected, and the hygiene control subsystem, which uses optical turbidity sensors to verify the cleanliness of the cup. As a result, the developed concept transforms a simple household device into a complex intelligent system that provides blind people with complete protection from burns, accurate ingredient dosing, and confidence in their daily activities, contributing to the development of an inclusive environment and improving quality of life.
This article is devoted to the justification and design of an innovative cyber-physical system “Smart Cup,” specially developed to increase the autonomy and safety of visually impaired people in the process of preparing and consuming beverages. The paper analyzes the current state of the problem, which is characterized by a rapid increase in the number of people with visual impairments on a global scale, which is projected to reach 703 million people by 2050. The authors examine in detail the neurophysiological basis for compensating for lost visual functions through the mechanisms of cross-modal plasticity of the brain, where auditory and tactile analyzers begin to play a leading role. It has been established that the brain's ability to reorganize and reprogram visual areas of the cortex to process signals from other senses creates a fundamental basis for the implementation of high-tech assistive solutions. The article presents a critical review of existing analogues, such as liquid level indicators, as well as various “smart” assistive technologies, and proves that most of them have limited functionality, focused only on information notifications. Unlike known means, the proposed cyber-physical system is based on the integration of nine interconnected subsystems that provide comprehensive process control. The key scientific novelty of the development is the conceptualization of the multimodal interface “Zero-Visual UI,” which for the first time combines dynamic tactile indication of changes in the texture of the body with voice accompaniment within a single device. The system architecture is based on a three-level hierarchy, which includes a physical level with a network of sensors for liquid level, temperature, weight, pressure, and turbidity, a middle level based on an energy-efficient ESP32 controller, and an upper cybernetic level in the form of a specialized mobile application. Particular attention is paid to the intelligent safety circuit, which automatically locks the drinking valve when dangerous steam pressure is detected, and the hygiene control subsystem, which uses optical turbidity sensors to verify the cleanliness of the cup. As a result, the developed concept transforms a simple household device into a complex intelligent system that provides blind people with complete protection from burns, accurate ingredient dosing, and confidence in their daily activities, contributing to the development of an inclusive environment and improving quality of life.
Опис
Ключові слова
кіберфізична система, «Розумна чашка», люди з вадами зору, інтерфейс Zero-Visual UI, асистивні технології, мікроконтролер ESP32, датчики, мобільний застосунок, cyber-physical system, “Smart Cup”, visually impaired people, Zero-Visual UI interface, assistive technologies, ESP32 microcontroller, sensors, mobile application
Бібліографічний опис
Войчур Ю., Сорохан В., Войчур О. Кіберфізична система «розумна чашка» для людей з вадами зору // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 2026. № 1. С. 173-181.