Το FaceBit μπορεί να παρακολουθεί την υγεία του χρήστη, να αισθάνεται τον καρδιακό παλμό μέσω του προσώπου.
Οι μηχανικοί του Northwestern University ανέπτυξαν μια νέα πλατφόρμα έξυπνων αισθητήρων για μάσκες προσώπου που την αποκαλούν «Fitbit για το πρόσωπο».
Με το όνομα “FaceBit”, ο ελαφρύς αισθητήρας μεγέθους τετάρτου χρησιμοποιεί έναν μικροσκοπικό μαγνήτη για να προσαρτηθεί σε οποιαδήποτε N95, υφασμάτινη ή χειρουργική μάσκα προσώπου.
Όχι μόνο μπορεί να ανιχνεύσει τον ρυθμό αναπνοής, τον καρδιακό ρυθμό και τον χρόνο χρήσης της μάσκας σε πραγματικό χρόνο του χρήστη, αλλά μπορεί επίσης να αντικαταστήσει τις περίπλοκες δοκιμές μετρώντας την εφαρμογή της μάσκας. Όλες αυτές οι πληροφορίες στη συνέχεια μεταδίδονται ασύρματα σε μια εφαρμογή smartphone, η οποία περιέχει έναν πίνακα ελέγχου για παρακολούθηση της υγείας σε πραγματικό χρόνο. Η εφαρμογή μπορεί να ειδοποιήσει αμέσως τον χρήστη όταν προκύψουν απροσδόκητα προβλήματα — όπως αυξημένος καρδιακός ρυθμός ή διαρροή στη μάσκα. Τα φυσιολογικά δεδομένα θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη της κόπωσης, της κατάστασης της σωματικής υγείας και της συναισθηματικής κατάστασης.
Αν και μια μικροσκοπική μπαταρία τροφοδοτεί τη συσκευή, το FaceBit έχει σχεδιαστεί για να συλλέγει ενέργεια από οποιαδήποτε ποικιλία πηγών περιβάλλοντος — συμπεριλαμβανομένης της δύναμης της αναπνοής, της κίνησης και της θερμότητας του χρήστη από την αναπνοή του χρήστη καθώς και από τον ήλιο. Αυτό επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας του αισθητήρα, επιμηκύνοντας τον χρόνο μεταξύ των φορτίσεων.
«Θέλαμε να σχεδιάσουμε μια έξυπνη μάσκα προσώπου για επαγγελματίες υγείας που δεν χρειάζεται να συνδεθούν άβολα στην πρίζα στη μέση μιας βάρδιας», δήλωσε ο Josiah Hester της Northwestern, ο οποίος ηγήθηκε της ανάπτυξης της συσκευής. «Αυξήσαμε την ενέργεια της μπαταρίας με τη συλλογή ενέργειας από διάφορες πηγές, που σημαίνει ότι μπορείτε να φοράτε τη μάσκα για μία ή δύο εβδομάδες χωρίς να χρειάζεται να φορτίσετε ή να αντικαταστήσετε την μπαταρία».
Η έρευνα δημοσιεύτηκε την περασμένη εβδομάδα στο Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies. Στη μελέτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ακρίβεια του FaceBit ήταν παρόμοια με συσκευές κλινικής ποιότητας και η μπαταρία κράτησε περισσότερο από 11 ημέρες μεταξύ των φορτίσεων.
Η Hester είναι επίκουρη καθηγήτρια επιστήμης υπολογιστών, μηχανικής υπολογιστών και ηλεκτρολόγων μηχανικών και κατώτερης καθηγήτριας σχεδιασμού στο Northwestern’s McCormick School of Engineering.
Προσέγγιση του τεστ προσαρμογής
Πριν σχεδιάσουν το FaceBit, ο Hester και οι συνεργάτες του πήραν πρώτα συνεντεύξεις από γιατρούς, νοσηλευτές και ιατρικούς βοηθούς για να κατανοήσουν καλύτερα τις ανάγκες τους για έξυπνες μάσκες προσώπου. Σε μια σειρά ερευνών, όλοι οι κλινικοί γιατροί ανέφεραν ότι η ποιότητα της εφαρμογής της μάσκας ήταν πιο σημαντική — ειδικά όταν εργάζεστε απευθείας με ασθενείς με ιογενείς λοιμώξεις.
Για να διασφαλίσουν ότι οι μάσκες N95 τους είναι σωστά σφραγισμένες στα πρόσωπά τους, οι εργαζόμενοι στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης υποβάλλονται περιοδικά σε 20 λεπτά “δοκιμή προσαρμογής”. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, οι εργαζόμενοι στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης έβαλαν πρώτα έναν αναπνευστήρα N95 ακολουθούμενο από μια καθαρή κουκούλα σε ολόκληρο το κεφάλι τους. Ένας άλλος εργάτης στη συνέχεια αντλεί είτε γλυκιά είτε πικρή ομίχλη αερολύματος στην κουκούλα. Η συγκέντρωση του αερολύματος αυξάνεται σταδιακά μέσα στην κουκούλα έως ότου μπορεί να ανιχνευθεί από το άτομο που φορά τον αναπνευστήρα. Εάν ο χρήστης έχει πικρή ή γλυκιά γεύση πριν από έναν ορισμένο αριθμό αντλιών αεροζόλ, τότε η μάσκα δεν είναι σωστά σφραγισμένη.
Εάν φοράτε μάσκα για 12 ώρες ή περισσότερο, μερικές φορές το πρόσωπό σας μπορεί να μουδιάσει. Ίσως να μην συνειδητοποιήσετε καν ότι η μάσκα σας είναι χαλαρή επειδή δεν μπορείτε να τη νιώσετε.
μηχανικός υπολογιστών
Αν και το FaceBit της Hester δεν μπορεί ακόμη να αντικαταστήσει αυτή τη δυσκίνητη διαδικασία – η οποία είναι μια μακροχρόνια πρόκληση στην ιατρική βιομηχανία – μπορεί να διασφαλίσει ότι η μάσκα διατηρεί τη σωστή εφαρμογή μεταξύ των γεγονότων δοκιμών. Εάν η μάσκα χαλαρώσει κατά τη διάρκεια της ημέρας ή εάν ο χρήστης χτυπήσει τη μάσκα κατά τη διάρκεια μιας δραστηριότητας, για παράδειγμα, το FaceBit μπορεί να ειδοποιήσει τον χρήστη.
«Αν φοράτε μάσκα για 12 ώρες ή περισσότερο, μερικές φορές το πρόσωπό σας μπορεί να μουδιάσει», είπε η Hester. «Μπορεί να μην συνειδητοποιήσετε καν ότι η μάσκα σας είναι χαλαρή επειδή δεν μπορείτε να τη νιώσετε ή έχετε καεί πολύ για να το παρατηρήσετε. Μπορούμε να προσεγγίσουμε τη διαδικασία δοκιμής προσαρμογής μετρώντας την αντίσταση της μάσκας. Αν δούμε μια ξαφνική πτώση της αντίστασης, αυτό σημαίνει ότι έχει σχηματιστεί διαρροή και μπορούμε να ειδοποιήσουμε τον χρήστη.»
Βιοανίχνευση με επίκεντρο το πρόσωπο
Αλλά το FaceBit μπορεί να αξιολογήσει περισσότερα από την εφαρμογή της μάσκας — μπορεί επίσης να παρακολουθεί το άτομο που φορά τη μάσκα σε πραγματικό χρόνο. Συγκεντρώνοντας διάφορα φυσιολογικά σήματα – όπως καρδιακούς και αναπνευστικούς ρυθμούς – το FaceBit μπορεί να βοηθήσει τους χρήστες να κατανοήσουν καλύτερα το σώμα τους προκειμένου να λάβουν ευεργετικές αποφάσεις για την υγεία. Όλες οι πληροφορίες υγείας, συμπεριλαμβανομένης της εφαρμογής της μάσκας και του χρόνου χρήσης, εμφανίζονται στη συνοδευτική εφαρμογή smartphone.
Σύμφωνα με τον Hester, κάθε φορά που χτυπά η καρδιά ενός ατόμου, το κεφάλι του κινείται ανεπαίσθητα μικροσκοπικά. Το FaceBit μπορεί να αντιληφθεί αυτή τη λεπτή κίνηση — και να τη διαφοροποιήσει από άλλες κινήσεις — για να υπολογίσει τον καρδιακό ρυθμό.
Η μικροσκοπική μπαταρία του FaceBit διαρκεί 11 ημέρες μεταξύ των φορτίσεων
«Η καρδιά σας σπρώχνει πολύ αίμα μέσα στο σώμα και η βαλλιστική δύναμη είναι αρκετά ισχυρή», είπε η Hester. «Καταλάβαμε αυτή τη δύναμη καθώς το αίμα ταξιδεύει σε μια κύρια αρτηρία στο πρόσωπο».
Επειδή τα αγχωτικά συμβάντα μπορούν να προκαλέσουν φυσιολογικές αντιδράσεις, συμπεριλαμβανομένης της γρήγορης αναπνοής, το FaceBit μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτές τις πληροφορίες για να ειδοποιήσει τον χρήστη να κάνει ένα διάλειμμα, να πάει μια βόλτα ή να πάρει μερικές βαθιές αναπνοές για να ηρεμήσει. Τα νοσοκομειακά συστήματα θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιήσουν αυτά τα δεδομένα για να βελτιστοποιήσουν τα προγράμματα βάρδιων και διαλειμμάτων για τους εργαζομένους τους. Και επειδή ο καρδιακός ρυθμός και ο ρυθμός της αναπνοής είναι τόσο στενά συνδεδεμένοι μεταξύ τους, η δυνατότητα παρακολούθησης και των δύο χωρίς κόπο θα μπορούσε να ανοίξει νέες ερευνητικές δυνατότητες.
Μέλλον χωρίς μπαταρίες
Ένας ειδικός στη βιώσιμη τεχνολογία χωρίς μπαταρίες, ο Hester ελπίζει ότι η ομάδα του ή άλλοι θα μπορέσουν τελικά να κάνουν το FaceBit εντελώς χωρίς μπαταρία. Τώρα, η αναπνοή και οι κινήσεις του χρήστη ή ο ήλιος μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Όμως, στο μέλλον, η συλλεγόμενη θερμική και κινητική ενέργεια θα μπορούσε να τροφοδοτήσει αποκλειστικά τη συσκευή.
Αν και η ομάδα του αξιολόγησε τη συσκευή σε εθελοντές σε σενάρια πραγματικού κόσμου, ο Hester είπε ότι το FaceBit χρειάζεται ακόμα να υποβληθεί σε κλινικές δοκιμές και επικύρωση. Η ομάδα κυκλοφόρησε το έργο ως ανοιχτού κώδικα και ανοιχτού υλικού, ώστε άλλοι να μπορούν να δημιουργήσουν και να επικυρώσουν τη συσκευή.
“Το FaceBit παρέχει ένα πρώτο βήμα προς την πρακτική ανίχνευση και συμπεράσματα στο πρόσωπο και παρέχει μια βιώσιμη, βολική, άνετη επιλογή για γενική παρακολούθηση της υγείας για τους εργαζόμενους στην πρώτη γραμμή του COVID-19 και όχι μόνο”, δήλωσε ο Hester. «Είμαι πραγματικά ενθουσιασμένος που θα το παραδώσω στην ερευνητική κοινότητα για να δούμε τι μπορούν να κάνουν με αυτό».
Το έργο, «FaceBit: Smart Face Masks Platform», υποστηρίχθηκε από τα Grants for Rapid Response Research του National Science Foundation για την αντιμετώπιση της πανδημίας COVID-19 (αριθμός βραβείου CNS-2032408).
Πηγή: northwestern.edu
