Οι ερευνητές έχουν εφεύρει μια έξυπνη μάσκα για την παρακολούθηση των αναπνευστικών ήχων για τον εντοπισμό αναπνευστικών ασθενειών

Η χρήση μάσκας προσώπου έχει αναγνωριστεί ως ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους πρόληψης της εξάπλωσης του COVID-19, ακόμη και στην επόμενη ενδημική φάση. Εκτός από τη φυσιολογική λειτουργία των μασκών, διερευνάται όλο και περισσότερο η δυνατότητα των έξυπνων μασκών να παρακολουθούν τα ανθρώπινα φυσιολογικά σήματα. Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο Πόλης του Χονγκ Κονγκ (CityU) εφηύρε πρόσφατα μια έξυπνη μάσκα που ενσωματώνει έναν αισθητήρα ηχητικών κυμάτων που βασίζεται σε μια εξαιρετικά λεπτή νανοσύνθετη δομή σφουγγαριού που είναι ικανή να ανιχνεύει τους αναπνευστικούς ήχους της αναπνοής, του βήχα και της ομιλίας.

Χρησιμοποιώντας αλγόριθμους μηχανικής μάθησης και αισθητήρα ηχητικών κυμάτων υψηλής ευαισθησίας που μπορεί να εφαρμοστεί σε μεγάλο εύρος ζώνης, η έξυπνη μάσκα άνοιξε νέους δρόμους για την εφαρμογή της στην ανίχνευση αναπνευστικών ασθενειών, καθώς και ένα εργαλείο φωνητικής αλληλεπίδρασης. Αυτή η ελαφριά φορητή τεχνολογία έχει επίσης τη δυνατότητα να βελτιώσει την ατομική και τη δημόσια υγεία, επιτρέποντας τη μακροπρόθεσμη και τακτική παρακολούθηση της αναπνευστικής υγείας στην καθημερινή ζωή.

Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Li Wenzhong, Πρόεδρο Καθηγητή του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών (MNE), τον Καθηγητή Wang Jianping, Καθηγητή του Τμήματος Επιστήμης Υπολογιστών (CS) και τον Δρ Yu Xinghe, Αναπληρωτή Καθηγητή του Τμήματος Βιοϊατρικής Μηχανικής. BME) στο CityU, πρόσφατα ανέπτυξε αυτήν την έξυπνη μάσκα που μπορεί να ανιχνεύσει και να αναγνωρίσει πολλαπλές αναπνευστικές ενέργειες. Η ομάδα του καθηγητή Shen Jiangang από τη Σχολή Κινεζικής Ιατρικής του Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ συνέβαλε επίσης σημαντική σε αυτό το έργο. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο Advanced Science με τον τίτλο «Wide Bandwidth Integrated Nanocomposite Smart Mask for Multiphasic Respiratory Activity Tracking».

Η σημασία της χρήσης μάσκας ακόμα κι αν ο Covid-19 γίνει ενδημικός

«Πολλές χώρες πιστεύουν τώρα ότι ο Covid-19 θα γίνει σύντομα ενδημικός», είπε ο καθηγητής Λι. Ωστόσο, πρέπει να αφήσουμε στην άκρη την αισιοδοξία και να είμαστε ρεαλιστές σχετικά με τα πιθανά επίπεδα ασθένειας, αναπηρίας και θανάτου που σχετίζονται με αυτήν την ασθένεια τα επόμενα χρόνια. Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι η ιθαγένεια δεν ισοδυναμεί με αβλαβή. Χρησιμοποίησε ως παράδειγμα την ελονοσία για να δείξει ότι παρόλο που θεωρείται πλέον ενδημική σε 87 χώρες, το 2020 υπολογίζεται ότι μόλυνε 241 εκατομμύρια ανθρώπους και σκότωσε 627.000, σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας. Ως εκ τούτου, πρότεινε στους ανθρώπους να συνεχίσουν να είναι προσεκτικοί σχετικά με τον COVID-19 και να χρησιμοποιούν διαθέσιμα και αποδεδειγμένα μέτρα, συμπεριλαμβανομένων των μασκών, για τον έλεγχο της εξάπλωσης του ιού.

Ο καθηγητής Li εξήγησε: «Αυτή η έξυπνη μάσκα χρησιμοποιεί τον ευέλικτο αισθητήρα μας υψηλής ευαισθησίας και ευρέος εύρους ζώνης που μπορεί να ανιχνεύσει και να καταγράψει την ανθρώπινη καθημερινή αναπνευστική δραστηριότητα όπως η αναπνοή, ο βήχας και η ομιλία για αποθήκευση δεδομένων στο cloud».

Η έξυπνη μάσκα που αναπτύχθηκε από αυτήν την ομάδα έχει μια δομή σαν σφουγγάρι πάχους 400 μm κατασκευασμένη από νανοσωλήνες άνθρακα και υλικά πολυδιμεθυλσιλοξάνης (CNT/PDMS), χρησιμοποιώντας μια νέα τροποποιημένη τεχνική θυσιαστικής απελευθέρωσης. Ο εξαιρετικά λεπτός και ελαφρύς αισθητήρας μπορεί πρακτικά να ενσωματωθεί με άκαμπτες μάσκες και παραμορφώσιμες μάσκες από μη υφαντό ύφασμα και να λειτουργήσει αποτελεσματικά.

Καλή απόδοση σε στατική και δυναμική πίεση

Η ερευνητική ομάδα στρατολόγησε 31 άτομα για να συλλέξουν την αναπνευστική τους δραστηριότητα ενώ φορούσαν την έξυπνη μάσκα. Τα ευρήματα έδειξαν ότι ο αισθητήρας ακουστικών κυμάτων είναι πολύ ευαίσθητος στη μέτρηση της στατικής και δυναμικής πίεσης. Εκτός από την καλή απόδοση στο εύρος στατικής πίεσης των 27,9 – 2,5 kPa, αυτός ο αισθητήρας ανταποκρίνεται επίσης στη δυναμική πίεση υψηλής συχνότητας που παράγεται από την ανθρώπινη φωνή, δηλαδή σε ακουστική αρμονική ενέργεια έως 4000 Hz. Επιπλέον, ο αισθητήρας μπορεί να ανιχνεύσει την κίνηση του αέρα, συμπεριλαμβανομένων της ροής κατεύθυνσης και των κραδασμών. Αυτά τα ευρήματα δείχνουν ότι αυτός ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της ανθρώπινης αναπνευστικής δραστηριότητας ενσωματώνοντάς τον με μια εμπορική μάσκα από πολυανθρακικό. Έδειξε επίσης ότι αυτή η έξυπνη μάσκα μπορεί να αναγνωρίσει και να διακρίνει τρεις κοινές αναπνευστικές λειτουργίες: την αναπνοή, τον βήχα και την ομιλία.

«Η προηγμένη τεχνολογία τεχνητής νοημοσύνης επιτρέπει στην ενσωματωμένη μάσκα να αναγνωρίζει αυτόματα διαφορετικά μοτίβα βήχα και αναπνοής, υποδεικνύοντας την πιθανή χρήση της για τη διάγνωση ασθενειών που σχετίζονται με το αναπνευστικό στο μέλλον», δήλωσε ο καθηγητής Wang. Επί του παρόντος, οι ερευνητές χρησιμοποιούν εμπορικούς αισθητήρες για να ανιχνεύσουν αλλαγές στη θερμοκρασία και τη ροή του αέρα για να μετρήσουν τον αριθμό των βήχα, αλλά δεν μπορούν να συλλάβουν τις σημαντικές φυσιολογικές πληροφορίες που περιέχονται στην ανθρώπινη φωνή, τον βήχα και την αναπνοή. Ο καθηγητής Li πρόσθεσε: Η έξυπνη μάσκα μας είναι ευαίσθητη στην πίεση του αέρα και στους κραδασμούς υψηλής συχνότητας και μπορεί να αναγνωρίσει τρεις εκφράσεις βήχα.

Η ομάδα σχεδιάζει να αναπτύξει τελικά διαγνωστικούς αλγόριθμους σε πραγματικό χρόνο για εφαρμογές όπως η αξιολόγηση των συμπτωμάτων της πνευμονιοκονίασης. «Ως μια δυνητικά χαμηλού κόστους, καθημερινή έξυπνη φορητή συσκευή, αυτή η νέα έξυπνη μάσκα IoT θα βοηθήσει στη διαχείριση της προσωπικής και δημόσιας υγείας και διάγνωσης αναπνευστικών ασθενειών, ειδικά σε πυκνοκατοικημένες πόλεις όπως το Χονγκ Κονγκ», δήλωσε ο Δρ Yu. Η ικανότητα αναγνώρισης της ομιλίας της έξυπνης μάσκας μπορεί επίσης να βοηθήσει στην επίλυση του προβλήματος της μείωσης του θορύβου που προκαλείται από τη χρήση μάσκας.

Οι πρώτοι συγγραφείς αυτής της εργασίας είναι η κα Su Jiao, ο κ. Liu Yifan και ο Dr. Wu Kong, οι οποίοι είναι όλοι μαθητές του καθηγητή Li. Οι αντίστοιχοι συγγραφείς περιλαμβάνουν τον Δρ Yu, τον Καθ. Wang και τον Καθ. Li από το CityU. Άλλα μέλη της ομάδας από το CityU περιλαμβάνουν τον Δρ Walid Daoud και τον Dr. Yang Zhengbao από το MNE και τον Dr. Li Xinyu από το School of Data Science.

Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από τη Δημοτική Επιτροπή Καινοτομίας Επιστήμης και Τεχνολογίας του Shenzhen, το Συμβούλιο Χορηγιών Έρευνας του Χονγκ Κονγκ και το Κέντρο Μηχανικής Υγείας Εγκεφάλου και Αγγείων του Χονγκ Κονγκ.

/ Δημόσια έκδοση. Αυτό το υλικό από τον αρχικό οργανισμό/συγγραφέα μπορεί να είναι ad hoc, επεξεργασμένο για λόγους σαφήνειας, στυλ και έκτασης. Οι απόψεις και οι απόψεις που εκφράζονται είναι αυτές των συγγραφέων. Δείτε αναλυτικά εδώ.

Leave a Comment