Акселерометр в телефоне что это

Откуда сайт знает, что ты сидишь в уборной?

Многие не представляют, какой объём данных можно снимать с акселерометра в смартфоне. Думаете, информация используется только для поворота экрана? Далеко не так. На самом деле паттерны движения смартфона и его положение в пространстве многое говорят о действиях пользователя: он сидит, лежит, стоит, бежит… Можно распознать личность человека по голосу из динамика, записав реверберации корпуса смартфона через акселерометр. Определить, кто находится рядом в автобусе или автомобиле (с такими же паттернами движения).

Некоторые приложения постоянно снимают эти данные без разрешения пользователя (в Android и iOS 15 разрешение не требуется). Не только приложения, но и веб-сайты.

Слежка с помощью акселерометра

Акселерометр и гироскоп — это простая микросхема типа Invensense MPU-6500 с датчиками движения по шести осям (по три для гироскопа и акселерометра).

Расположение акселерометра и динамика в смартфонах разных производителей

Обычное применение — определение ориентации экрана. Есть и другие варианты использования. Например, управление автомобилем в гоночных симуляторах с помощью наклона, подсчёт количества шагов, определение падения пользователя (как делает Apple Watch), определение положение пользователя в пространстве.

То есть любое приложение и любой сайт могут подсчитать, сколько шагов прошёл человек и чем он занимается в данный момент. Вероятно, по специфическому положению телефона в пространстве и характерным движениям можно даже определить, что человек сидит в туалете.

Сейчас ведутся научные исследования для использования акселерометра в некоторых новых областях, например, измерение пульса, частоты дыхания. Есть попытки звукозаписи речи из динамиков по данным акселерометра.

Звук — это распространение механических колебаний в веществе. Реверберация — процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях.

Реверберации речи из динамиков распространяются по корпусу и воздействуют на датчики движения, из научной работы

Конечно, отдельные слова разобрать не получится, но можно определить пол говорящего (точность более 90%) и выполнить идентификацию личности по маленькой базе голосовых отпечатков.

Точность определения пола и личности (база 10 человек) на смартфоне в руке

Нужно ещё раз подчеркнуть, что акселерометр внутри аппарата не реагирует на воздушные реверберации речи, то есть нельзя прослушивать людей рядом со смартфоном. Только тех, чья речь доносится из динамика.

На данный момент iOS и Android не требуют специальных разрешений на доступ приложений к данным акселерометра. То есть приватные данные может легко снимать любое приложение.

Например, Facebook всегда снимает эти данные через свои приложения, в том числе Instagram, Whatsapp и др.

Лог сообщений со смартфона на сервер Facebook с данными акселерометра, если открыть приложение Facebook, источник

Доступ через браузер

Скрипт для считывания данные акселерометра присутствует на многих популярных сайтах.

Образец скрипта

Тут ситуация отличается на разных платформах.

Все браузеры под iOS обязательно используют WebKit, так что если сайт попытается запустить такой скрипт, обязательно выскочит диалог с запросом разрешения. Независимо от используемого браузера, будь то Safari, Firefox или Chrome.

А вот смартфоны под Android по умолчанию предоставляют сайтам доступ к событиям deviceorientation и devicemotion с информацией от датчиков движения.

Если зайти на данную демо-страницу со смартфона под Android, то вы можете увидеть эти данные.

Некоторые события можно симулировать в Chrome Dev Tools на десктопе (3D-модель вращается по всем осям мышкой).

Векторы атаки

Есть разные варианты эксплуатации. Например, веб-сайт или приложение может определять группы пользователей, которые находятся рядом с друг другом, в одном автобусе, одном поезде или автомобиле. У них будут синхронные данные о вибрации с датчиков движения. Таким образом можно отслеживать координаты пользователя, у которого отключена геолокация.

Приватность — неотъемлемое право человека

Приватность считается базовым правом каждого человека от рождения (Декларация прав человека ООН, статья 12), как жизнь, свобода и стремление к счастью. Но сейчас ситуация меняется. К сожалению, сохранение анонимности и приватности в современном интернете — уже не базовое право, а редкая привилегия для избранных. Привилегия, за которую приходится бороться и платить.

Что касается обычного человека, ему сохранить анонимность практически невозможно. Сейчас это требует слишком больших усилий, отказа от удобств, скидок в магазинах и так далее. Далеко не все согласны на такие жертвы в данный момент.

Но есть основания полагать, что ценность личной свободы и приватности вырастет в ближайшие годы, когда людям станет очевидна степень их эксплуатации со стороны технологических корпораций.

• акселерометр
• гироскоп
• приватность
• deviceorientation
• devicemotion

Что такое акселерометры и для чего они нужны

Акселерометры или датчики ускорения встроены практически во все современные устройства. Они не только обеспечивают ориентацию в пространстве, но и делают гаджеты «умными». РБК Тренды объясняют, как это работает

Что такое акселерометр

Акселерометр — это прибор для измерения ускорения, который работает как датчик изменения положения устройства в пространстве. Акселерометр определяет направление, степень, скорость отклонения устройства и отвечает за разворот картинки на экране смартфона или включает экран фитнес-браслета при повороте запястья. Благодаря этому устройству гаджет распознает, сколько его хозяин прошел шагов или занимается ли он сейчас спортом.

Акселерометры измеряют ускорение, что на практике означает изменение скорости или направления. Это могут быть удары и вибрации, резкое увеличение или уменьшение скорости, силы, которые могут указывать на слишком быстрый поворот.

Существует множество типов акселерометров. Самыми простыми являются одноосевые, которые могут обнаруживать изменения скорости в одном измерении. Например, одноосевый акселерометр, установленный в локомотиве, может обнаруживать изменения скорости поезда. При этом акселерометры в телефоне или планшете измеряют скорости по трем осям направления. Таким образом, трехосевой акселерометр в смартфонах может предоставлять информацию о движении объекта в пространстве.

Акселерометры присутствуют во всех современных смартфонах и «умных» гаджетах. Первый такой прибор появился в телефоне Nokia 5500, который вышел в 2006 году. Он выполнял роль шагомера в спортивном режиме. Однако акселерометры стали стандартом в iPhone. Начиная с модели iPhone 4, он используется вместе с гироскопом, где измеряется сопротивление силе поворота. Это обеспечивает большую точность измерений.

Как работает акселерометр

Датчик механического акселерометра содержит элемент инертной массы или грузик, который удерживается пружинами (от одной до трех, в зависимости от количества осей). Пружины фиксируются на неподвижной детали. Они измеряют движение элемента относительно устройства. Чем больше прогиб пружин, тем больше отклонение и, следовательно, тем выше регистрируемое ускорение. При этом скорость (например, при тренировке) высчитывается исходя из изменений этого ускорения во времени с учетом сил гравитации.

Однако электронный акселерометр в смартфоне вместо инертной массы использует набор проводников, которые движутся под воздействием ускорения и изменяют напряженность поля вокруг себя. По этому показателю можно определить, в какую сторону сдвинулись проводники, а также — какое движение вызвало этот сдвиг.

Акселерометр не способен точно измерять угол поворота устройства в пространстве, а оценивает его примерно. В этом случае экран смартфона при повороте телефона может перевернуться не сразу. Однако установка акселерометра вместе с гироскопом, который определяет угол и скорость поворота устройства, решает эту проблему.

Датчик акселерометра может перестать работать по многим причинам: падение устройства, сильные удары, попадание в корпус воды, а также неправильная конфигурация. В последнем случае его можно настроить самостоятельно с помощью специальных приложений. Эта опция доступна на Android-устройствах, а iOS-устройства следует перезагрузить.

У современных моделей акселерометров погрешность измерений составляет 3–10%, а у более простых она близка к 30%. Так, если носить смартфон на шнурке на шее, то погрешность будет выше, а если положить в карман — ниже. При этом положение устройства в пространстве никакой роли не играет. Кроме того, точность измерений зависит от рельефа местности — чем ровнее поверхность, тем ближе показатели к реальным. Свою роль играет и температура — в сильную жару данные могут искажаться. Наконец, на подсчеты акселерометра влияет то, разговаривает ли человек по телефону во время ходьбы.

Кстати, в условиях невесомости показания любого акселерометра будут равны нулю. Это связано с тем, что ускорение объекта вызывается лишь гравитационной силой и равно гравитационному ускорению, а кажущегося ускорения, которое измеряет датчик, просто не существует.

Именно поэтому в iPad, которые отправляли на МКС, отключали функцию автоповорота экранов.

Для чего нужен акселерометр

Акселерометры встраивают не только в мобильные устройства. Их применяют в целом ряде отраслей промышленности. Акселерометры наряду с гироскопами являются важнейшими компонентами систем навигации и управления самолетов, ракет и других летательных аппаратов, а также морского транспорта. Они помогают ориентироваться и рассчитывать координаты объектов благодаря их ускорению там, где нет внешних ориентиров. Кроме того, акселерометры задействуют для проверки систем устойчивости при воздействии вибрации в строительстве и на предприятиях.

Также акселерометры встраивают в системы управления жестких дисков компьютеров, чтобы при падениях или ударах они активировали механизм защиты от повреждений. Такая технология защиты используется в основном в ноутбуках, нетбуках и на внешних накопителях.

Акселерометрами оснащается вся современная бытовая техника, даже стиральные машины, утюги и тепловентиляторы. Например, в утюгах датчик при падении отключает питание, чтобы не допустить возникновения пожара.

В устройствах управления игровых приставок акселерометры используются для управления в играх без использования кнопок с помощью контроллеров.

Акселерометр в смартфоне

В настройках смартфона акселерометр по умолчанию выключен. Обычно он обозначается как «Поворот экрана». Однако датчик обеспечивает не только автоматическую смену ориентации экрана при повороте. Он отвечает за реализацию целого ряда функций:

• отслеживание физической активности (подсчет шагов);
• определение положения владельца в пространстве с помощью навигационных приложений (Google Карты и так далее);
• реагирование на жесты для выполнения команд, например, отключения музыки (постукивание, встряхивание корпуса, его переворот экраном вниз);
• управление игровым процессом при помощи наклонов.

Акселерометр в фитнес-браслете

Акселерометр присутствует во всех фитнес-браслетах и «умных» часах. Он также обеспечивает работу нескольких функций:

• подсчет шагов;
• мониторинг сна (благодаря распознаванию движения руки);
• работу функции «Умный будильник» (будит владельца гаджета в фазе быстрого сна);
• включение экрана при вращении кисти руки.

Акселерометр в планшете

Датчик акселерометра фиксирует положение планшета в пространстве и включает поворот экрана. Кроме того, он:

• контролирует масштабирование страниц в браузере при наклоне корпуса;
• реагирует на встряхивания и удары (отмена действия, смена обоев и так далее);
• реагирует на сильные удары и активирует автопарковку головок жесткого диска, чтобы защитить его от повреждений.

Акселерометр в видеорегистраторе

Акселерометр применяется системах видеорегистраторов автомобилей для сбора данных. Эти системы могут включать в себя многоосевые акселерометры для измерения скорости, ускорения и замедления машины, а также гироскопы для определения вращения и ориентации.

• определить, насколько быстро ехал водитель и двигался ли он, если случилось столкновение;
• сохранить запись на карте памяти видеорегистратора при ударах и экстренно активировать ее при изменении поведения автомобиля;
• в сочетании с машинным зрением и искусственным интеллектом — обнаружить рискованное поведение, например, отсутствие торможения на знаке остановки.

Акселерометр в наушниках

Первая гарнитура с акселерометром была выпущена компанией Jawbone в 2011 году. С тех пор датчик стали встраивать в продвинутые модели наушников. Он позволяет:

• реагировать на движения (встряхивание, постукивание), чтобы отвечать на вызовы, переключать их и завершать;
• автоматически убавлять громкость звука, если пользователь снимает гарнитуру;
• активировать шумоподавление во время разговора, распознавая голосовые вибрации.

В AirPods Max и Pro система пространственного аудио с акселерометром и гироскопом отслеживает движения головы и перемещения сопряженного устройства, чтобы положение звука всегда было привязано к экрану, даже если пользователь отвернулся.

Акселерометр в медицине

Акселерометры используются в различных медицинских устройствах. Их встраивают в носимые устройства, которые распознают падения и обычно используются пожилыми людьми. Датчик считывает изменение положения тела, а устройство автоматически отправляет сообщение в экстренные службы.

Кроме того, акселерометры встраивают в системы распознавания положения медицинских датчиков на теле человека. Это требуется, чтобы устройства были установлены правильно и выдавали корректные показатели. Так, исследование 2014 года показало, что датчики захвата передвижений у больных рассеянным склерозом или остеоартритом лучше всего размещать на лодыжках, так как они точнее фиксируют действия.

В последние годы для медицинского применения одобрили ряд устройств на основе акселерометров для имплантов, в том числе кардио- и нейростимуляторов, которые обеспечивают лучший мониторинг состояния пациентов.

Кроме того, в перспективе акселерометры можно будет встраивать в «умную» ткань медизделий. Исследование с участием пациентов с варикозом, которые носят компрессионные чулки, показало, что акселерометры довольно точно предсказывают время износа изделий.

Исследования показывают, что пока использовать обычные фитнес-браслеты с целью медицинского мониторинга довольно сложно. Хотя самые популярные показатели активности у потребительских и медицинских устройств практически совпадают, но более сложные данные выглядят неточными. Так, показатели шагометра часов Fitbit и специализированного устройства ActivPAL оказались схожи, но достоверность мониторинга ЭКГ в Apple Watch Series 4 вызвала вопросы. Однако исследователи предполагают, что в будущем фитнес-браслеты и умные часы станут частью общей экосистемы мониторинга пациентов в качестве автономных или «мультисенсорных» устройств.

Акселерометр в смартфоне. Что это такое и зачем он нужен?

Большинство современных смартфонов оснащается акселерометром. Однако не все знают, что это такое и зачем акселерометр устанавливают в телефон.

Акселерометр для смартфона

Большинство современных смартфонов оснащается акселерометром. Однако не все знают, что это такое и зачем акселерометр устанавливают в телефон. Акселерометр или G-сенсор – это датчик, определяющий угол наклона электронного устройства по отношению к земной поверхности. На основании данных от датчика программное обеспечение понимает положение смартфона, и поворачивает изображение на дисплее. Иными словами, именно акселерометр способствует автоматическому повороту экрана в альбомную ориентацию при повороте телефона. Также этот датчик фиксирует ускорение перемещения устройства в пространстве, одновременно сопоставив три пространственные координаты. Можно сказать, что сенсор измеряет разницу между проекциями абсолютного и гравитационного ускорения.
На сегодняшний день акселерометры устанавливаются во многих смартфоны. Ведь именно этот сенсор дает возможность пользоваться такими приложениями, как шагомер, или менять положение экрана автоматически с учетом положения самого гаджета. В рамках игры G-сенсор позволяет осуществлять управление без кнопок.

Зачем нужен G-сенсор в смартфоне?

Как мы уже говорили выше, в мобильных телефонах нового поколения акселерометры используются очень часто. Этот сенсор позволяет устанавливать и использовать различные приложения. Если датчика в смартфоне нет, его функциональные возможности значительно сокращаются.

Акселерометр в смартфоне позволяет использовать:

1. Шагомеры или другие подобные сервисы. Благодаря возможности измерять положение устройства в пространстве, а также его ускорение, сенсор обеспечивает корректную работу шагомера. Это незаменимый помощник для поклонников пробежек или прогулок. Нет необходимости покупать отдельный фитнес-трекер, поскольку в телефон можно установить приложение и использовать его в конкретных целях.
2. Игры. Благодаря G-сенсору процесс игры становится настоящим удовольствием, ведь датчик мгновенно реагирует на минимальную смену положения телефона. Можно отказаться от классической консольной системы управления, поскольку корректировать положение можно путем изменения положения телефона в пространстве.
3. Удобный интерфейс. При смене положения смартфона датчик сразу повернет интерфейс устройства в нужное положение. Эксплуатация устройства максимально удобная и комфортная. Особенно удобен автоповорот экрана при просмотре видео или фильмов.

Как калибруется G-сенсор?

Калибровка представляет собой перечень операций по определению соотношения значений некоторых величин, полученных при помощи акселерометра или любого другого измерительного прибора, и эталонных величин. Полученная разница и позволяет выполнить калибровку устройства. Зачем выполнять калибровку? Все просто. Только точная настройка сенсора гарантирует его корректную работу, что в свою очередь обеспечит корректную работу приложений и отдельных функций устройства.

Калибровка выполняется при помощи специальных приложений, которые можно скачать в интернете. Установите на свой телефон соответствующее приложение. Затем положите устройство на идеально ровную поверхность. Если чехол для смартфона имеет какие-то выступающие элементы, на время калибровки сенсора его лучше снять.

Теперь зайдите в меню приложений и найдите вкладку «калибровка G-сенсора». Через некоторое время приложение выведет на экран смартфона сообщение о том, что сенсор полностью откалиброван.

Как работает акселерометр в смартфоне?

Акселерометр – это один из ключевых элементов современной носимой электроники. Фитнес-браслеты, умные часы, смартфоны, наушники, компьютеры, жесткий диск этих компьютеров, автомобили, подводные лодки, даже ракеты – везде используется акселерометр.

Но в рамках этой статьи я расскажу о смартфонах.

Зачем нужен акселерометр

В любом смартфоне (Android или iOS) акселерометр используется в основном для определения положения устройства и автоматического поворота экрана.

На основе акселерометра мы можем отслеживать движение пользователя. Например, именно так работает шагомер для подсчета количества шагов при ходьбе или беге.

Управление в огромном количестве игр построено тоже на базе этого датчика. Модная фишка в iOS постукиванием по задней крышке (сделать скриншот) в том числе ориентируется на показания акселерометра.

Как устроен акселерометр

Работу акселерометра можно сравнить со строительным уровнем: когда меняется его положение в пространстве, то пузырек воздуха перемещается в колбе.

Чтобы понять суть дальше, возьмем какой-нибудь груз и закрепим его на гибком подвесе. Обозначим где верх и где низ.

Когда эта конструкция лежит на столе, то ничего с ней не происходит. Но если перевернуть в вертикальное положение, то подвесы прогнутся под весом нашего груза. Все это происходит под действием силы тяжести, которая притягивает все предметы к земле.

Если конструкцию перевернем, то груз будет технически уже отклоняться в другую сторону. Исходя из этого, куда устремился груз – мы можем определить в каком положении у нас вверх, а где низ этой конструкции относительно грузика.

А если устройство резко дернуть вверх, то грузик на короткое время прогнет подвес еще сильнее из-за ускорения. Чем сильнее грузик сместится в противоположную сторону, тем сильнее ускорение.

Это как в автомобиле: чем быстрее разгон, тем сильнее вас вжимает в кресло.

Суть, я думаю понятна. Но такой прибор может определить положение только в одной плоскости – верх и низ. Для полноценной работы акселерометра в смартфоне нам потребуется три таких прибора, итого получим 3 оси в пространстве (x,y,z).

Такой акселерометр будет называться трехосевым.

Акселерометр в смартфоне

Возвращаясь к вопросу о том, как это все относится к нашему гаджету, и зачем я все это рассказал. Если посмотреть на внутренности смартфона, то тут не видно никаких грузиков и подвесов. А что если я скажу, что они там есть, только выглядят иначе?

Существует целый класс устройств под названием МЭМС (Микроэлектротехнические системы). Они представляют собой миниатюрные устройства, содержащие микроэлектронные и микро механические компоненты. Сюда входят и акселерометры, и гироскопы для определения угла наклона, микрофоны, магнитометры, барометры и много чего еще.

Все эти датчики представляют собой крошечные механизмы из кремния или полимеров, которые находятся внутри микросхем нашего устройства. Типичные размеры микромеханических элементов лежат в диапазоне от 1 микрометра до 100 микрометров (100 мкм = 0,1 мм).

Это невероятный микромир, даже существует микродвигатели. Но вернемся к нашему акселерометру. Вот так можно представить МЭМС акселерометра смартфона и смарт-часов, которое отслеживает движение только по одной оси влево-вправо.

Но как наш смартфон видит, куда отклонился грузик, и дает соответствующее указание операционной системе выполнить какие-либо действия. Именно для этого на представленной выше схеме можно увидеть отростки палочки на грузики и синие, которые зафиксированы неподвижно.

Работает это чудо техники по принципу дифференциального конденсатора. Если простыми словами, чтобы сразу стало понятно, то синие и зеленые палочки имеют разный заряд. Вспоминаем, что отрицательные и положительные заряды всегда притягиваются друг к другу, а одинаковые заряды отталкиваются. Чем ближе положительные и отрицательные друг к другу заряды, тем сильнее их взаимодействие.

То есть емкость конденсатора будет выше, если наши палочки приблизятся к друг другу, и соответственно ниже, если они будут отдаляться.

В состоянии покоя, когда наш телефон лежит на столе, расстояние между зеленой и синей палочкой одинаково, ничего не меняется. Но если я передвину смартфон, то грузик сместится, и зеленая палочка грузика с одной стороны станет ближе к синей, а с другой – дальше от нее.

Соответственно, наш смартфон и замеряет измерение емкости этих палочек между собой и понимает, в какую сторону от своего центрального положения они сместились. А соответственно, и в какую сторону я двигаю свой смартфон.

Кроме того, по скорости изменения емкости можно легко измерять ускорение, с которым я это делаю. Чем быстрее меняется емкость между палочками, тем быстрее я двигаю свой смартфон в какую-либо сторону.

Вот и весь принцип работы акселерометра в наших гаджетах. Принцип простой, но реализация очень и очень интересная. Мы рассмотрели работу датчика только по одной оси, а как я и писал ранее, обычно используется 3 оси: вверх-вниз, влево-вправо и вперед-назад.

В современных смартфонах акселерометр работает в паре с гироскопом, который измеряет изменение углов ориентации предмета.

• Как устроен и работает сенсорный экран смартфона?
• Обновление OS Android на смартфоне Fly
• Как восстановить камеру на телефоне Android если она не работает
• Несъемный аккумулятор в смартфоне: плюсы и минусы
• Как восстановить удаленные сообщения, контакты и другие данные на смартфоне?