Ljudima sa poremećajima glasa, uključujući one sa patološkim stanjem glasnih žica ili koji se oporavljaju od operacija raka larinksa, često je teško ili nemoguće govoriti. To bi se uskoro moglo promeniti.
Tim inženjera UCLA izmislio je mekan, tanak, rastezljiv uređaj veličine nešto više od 1 kvadratnog inča koji se može pričvrstiti na kožu izvan grla kako bi pomogao ljudima sa disfunkcionalnim glasnim žicama da povrate svoju glasovnu funkciju. Njihov napredak je detaljno opisan ove nedelje u časopisu Nature Communications.
Novi bioelektrični sistem, koji je razvio Jun Čen, docent bioinžinjeringa na UCLA Samueli School of Engineering, i njegove kolege, u stanju je da otkrije kretanje u mišićima larinksa osobe i prevede te signale u zvučni govor uz pomoć mašine- tehnologija učenja — sa skoro 95% tačnosti.
Proboj je najnoviji u Čenovim naporima da pomogne osobama sa invaliditetom. Njegov tim je prethodno razvio rukavicu za nošenje koja je sposobna da prevede američki znakovni jezik u engleski govor u realnom vremenu kako bi pomogao korisnicima ASL-a da komuniciraju sa onima koji ne znaju kako da se potpišu.
Mali novi uređaj nalik zakrpi se sastoji od dve komponente. Jedna, komponenta senzora sa sopstvenim napajanjem, detektuje i pretvara signale generisane pokretima mišića u električne signale visoke vernosti, koji se mogu analizirati; ovi električni signali se zatim prevode u govorne signale pomoću algoritma mašinskog učenja. Druga, komponenta za aktiviranje, pretvara te govorne signale u željeni govorni izraz.
Dve komponente sadrže po dva sloja: sloj biokompatibilnog silikonskog jedinjenja polidimetilsiloksana, ili PDMS, sa elastičnim svojstvima, i sloj magnetne indukcije napravljen od bakarnih indukcionih kalemova. U sendviču između dve komponente je peti sloj koji sadrži PDMS pomešan sa mikromagnetima, koji generiše magnetno polje.
Koristeći mekani magnetoelastični senzorski mehanizam koji je razvio Čenov tim 2021. godine, uređaj je sposoban da detektuje promene u magnetnom polju kada se ono promeni kao rezultat mehaničkih sila — u ovom slučaju, kretanja mišića larinksa. Ugrađeni serpentinski indukcioni kalemovi u magnetoelastičnim slojevima pomažu u generisanju električnih signala visoke vernosti za potrebe sensinga.
Sa 1,2 inča sa svake strane, uređaj je težak oko 7 grama i debeo samo 0,06 inča. Sa dvostranom biokompatibilnom trakom, lako se može zalepiti za grlo pojedinca u blizini lokacije glasnih žica i može se ponovo koristiti ponovnim nanošenjem trake po potrebi.
Poremećaji glasa su rasprostranjeni u svim starosnim i demografskim grupama; istraživanje je pokazalo da će skoro 30% ljudi doživeti barem jedan takav poremećaj u životu. Ipak, sa terapijskim pristupima, kao što su hirurške intervencije i glasovna terapija, oporavak glasa može da se protegne od tri meseca do godinu dana, pri čemu neke invazivne tehnike zahtevaju značajan period obaveznog postoperativnog mirovanja glasa.
„Postojeća rešenja kao što su ručni uređaji za elektro-larinks i procedure traheoezofagealne punkcije mogu biti nezgodne, invazivne ili neprijatne“, rekao je Čen koji vodi istraživačku grupu Vearable Bioelectronics na UCLA, a pet godina je proglašen za jednog od najcitiranijih istraživača na svetu. red. „Ovaj novi uređaj predstavlja nosivu, neinvazivnu opciju koja je sposobna da pomogne pacijentima u komunikaciji tokom perioda pre tretmana i tokom perioda oporavka nakon tretmana za poremećaje glasa.“
U svojim eksperimentima, istraživači su testirali nosivu tehnologiju na osam zdravih odraslih osoba. Prikupili su podatke o kretanju mišića larinksa i koristili algoritam mašinskog učenja da dovedu dobijene signale u korelaciju sa određenim rečima. Zatim su odabrali odgovarajući izlazni glasovni signal preko komponente za aktiviranje uređaja.
Istraživački tim je pokazao tačnost sistema tako što su učesnici izgovorili pet rečenica — i naglas i bezglasno — uključujući „Zdravo, Rejčel, kako si danas?“ i volim te!“
Ukupna tačnost predviđanja modela bila je 94,68%, pri čemu je glasovni signal učesnika pojačan komponentom za aktiviranje, što pokazuje da je senzorski mehanizam prepoznao njihov signal pokreta larinksa i poklapao se sa odgovarajućom rečenicom koju su učesnici želeli da izgovore.
Ubuduće, istraživački tim planira da nastavi da širi rečnik uređaja putem mašinskog učenja i da ga testira na ljudima sa poremećajima govora.
