Исследователи из Калифорнийского университета создали пластырь для горла с автономным питанием, который с помощью машинного обучения преобразует движения мышц в речь, помогая говорить людям без голосовых связок.
Идея создания неинвазивного устройства для развития речи возникла у Цзюнь Чена, доцента кафедры биоинженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, после того как он почувствовал, что его голосовые связки начинают уставать из-за того, что он по несколько часов подряд читает лекции. Он начал думать о том, как помочь человеку говорить без использования голосовых связок, и с помощью своих коллег из университета разработал инновационный пластырь, который приклеивается к горлу человека и с помощью технологии искусственного интеллекта декодирует его мышечные движения в речь. Это лёгкое устройство устойчиво к поту, а также использует мышечные движения человека для выработки электроэнергии, поэтому для его работы не требуется аккумулятор.
В исследовании, опубликованном в научном журнале Nature, профессор Цзюнь Чен и его команда объясняют, как работает их 7,2-граммовый пластырь для горла с автономным питанием. Крошечное устройство состоит из пяти тонких слоёв, включая материалы, реагирующие на едва заметные движения мышц горла. Когда пользователь совершает движения, необходимые для произнесения фразы, материалы реагируют на это, вырабатывая электрические сигналы, которые затем могут быть преобразованы в речь с помощью технологии машинного обучения.
Внешние слои пластыря изготовлены из мягкого, гибкого силиконового материала, а центральный слой состоит из силикона и микромагнитов и генерирует магнитное поле, которое меняется в зависимости от движений мышц. Два других средних слоя состоят из катушек медной проволоки, которые преобразуют изменения магнитного поля в электрические импульсы.
В ходе эксперимента, подробно описанного в исследовании, Чен и его коллеги подавали электрические импульсы алгоритму машинного обучения, который в итоге преобразовывал их в разговорные фразы. Чтобы обучить алгоритм, восемь участников исследования должны были произнести пять коротких фраз по 100 раз во время ношения пластыря, чтобы алгоритм научился ассоциировать каждую фразу с определёнными движениями мышц.
Исследование показало, что алгоритм с точностью около 95% переводит электрические импульсы пластыря в речь, как при произнесении фраз вслух, так и при произнесении их «без голоса». Это говорит о том, что алгоритм может надёжно интерпретировать волновые формы и переводить их в речь, но профессор Чен также отмечает, что у его исследования есть ограничения. Тестирование было проведено только с восемью людьми, произносившими пять фраз, и никто из них не страдал нарушениями речи. К тому же, даже если пластырь окажется эффективным в более масштабном исследовании, необходимо продумать логистику его производства в больших масштабах.
Тем не менее, пластырь для горла считается очень перспективным изобретением, учитывая, что около 30% людей в течение жизни будут страдать хотя бы одной формой нарушения голоса, а существующие альтернативы, такие как электроларингоскопия, являются инвазивными, дорогостоящими или и теми, и другими.
Ещё по теме: