Нарушения голоса и речи могут серьезно мешать повседневной жизни, поскольку они ограничивают или даже препятствуют вербальному общению и тем самым снижают уровень социального взаимодействия. Имеющиеся на сегодняшний день методы лечения и инструменты зачастую неэффективны, инвазивны и неудобны. Инженеры Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали интеллектуальный электронный пластырь, позволяющий пациентам «говорить» без использования голосовых связок.
Нарушение голоса может быть вызвано травмой, болезнью, медицинским лечением или хирургическим вмешательством в голосовые связки. Когда эти мышечные ткани повреждены или ослаблены, их способность вибрировать (и, следовательно, издавать звук) может быть значительно снижена, что приводит к затруднению речи. По оценкам некоторых исследований, до 30 % людей в тот или иной момент своей жизни сталкиваются с нарушениями голоса. Это подчеркивает важность поиска эффективных и, в идеале, неинвазивных решений для помощи таким людям.
Чтобы решить эту проблему, команда инженеров из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработала небольшой гибкий пластырь, который крепится к внешней стороне горла. Благодаря этому устройству пациенты смогут вновь обрести внятную и разборчивую речь, независимо от типа речевого расстройства. Подробности опубликованы в журнале Nature.
Пластырь, «питаемый» искусственным интеллектом
Устройство площадью около 6,5 см² и весом 7 граммов распознает движения мышц гортани и преобразует их в электрические сигналы. Они отражают попытки пользователя говорить, даже если звуки не удается произнести. Затем автоматическая система обучения преобразует эти сигналы в звуковую речь.
Технология была протестирована на восьми здоровых взрослых людях. Их попросили произнести пять коротких фраз, таких как «Я люблю тебя» и «Я не доверяю тебе», по сто раз. Модель смогла правильно интерпретировать сигналы движения гортани и перевести их в предложение, которое участник пытался произнести, в 95 % случаев. После этих испытаний на здоровых людях исследователи планируют провести аналогичные тесты с пациентами, страдающими различными видами голосовых расстройств. По мнению инженеров, учитывая механизм работы устройства, результаты у этих пациентов должны быть аналогичными.
Состав голосового пластыря
Биотехнологический пластырь состоит из двух основных компонентов, которые работают вместе, преобразуя мышечные движения в речь. Первый компонент отвечает за обнаружение движений в области гортани. Этот процесс основан на гибком магнитоупругом механизме обнаружения, который команда разработала в предыдущих работах. Эта техника позволяет устройству обнаруживать изменения в магнитном поле, создаваемом микромагнитами в пластыре, вызванные движениями мышц гортани. Используя искусственный интеллект, компонент преобразует эти движения в электрические сигналы, чтобы создать точное электрическое представление. Затем алгоритм искусственного интеллекта анализирует преобразованную информацию.
Второй компонент восстанавливает голосовые сигналы, генерируемые первым слоем, и преобразует их в звуковые речевые выражения. Он включает в себя динамик, который воспроизводит нужные слова из обработанных данных. Эти компоненты изготовлены из полимера под названием полидиметилсилоксан (PDMS) — материала, который отличается гибкостью, эластичностью и, прежде всего, совместимостью с человеческой кожей.
