Atrás quedaron los días en que las personas usan altavoces inteligentes, como Amazon Echo o Google Home, solo como temporizadores de cocina o reproductores de música para cenas. Estos dispositivos han comenzado a ayudar a las personas a rastrear su propia salud e incluso pueden controlar el paro cardíaco.
Ahora los investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una nueva habilidad de altavoz inteligente que permite que un dispositivo use ruido blanco para calmar a los bebés que duermen y controlar su respiración y movimiento.
Con esta habilidad, llamada BreathJunior, el altavoz inteligente reproduce ruido blanco y registra cómo se refleja el ruido para detectar movimientos respiratorios de los pequeños cofres de los bebés. Cuando los investigadores probaron BreathJunior con cinco bebés en la unidad de cuidados intensivos neonatales de un hospital local,detectó frecuencias respiratorias que coincidían estrechamente con las tasas detectadas por los monitores de signos vitales estándar. El equipo presentará sus hallazgos el 22 de octubre en la conferencia MobiCom 2019 en Los Cabos, México.
"Uno de los mayores desafíos que enfrentan los nuevos padres es asegurarse de que sus bebés duerman lo suficiente. También quieren vigilar a sus hijos mientras duermen. Con esto en mente, buscamos desarrollar un sistema que combine un suave ruido blanco conla capacidad de medir discretamente el movimiento y la respiración de un bebé ", dijo el coautor Dr. Jacob Sunshine, profesor asistente de anestesiología y medicina para el dolor en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington.
Para facilitar las cosas a los nuevos padres, el equipo creó un sistema que podría ejecutarse en un altavoz inteligente que replica el hardware en un Amazon Echo.
"Los altavoces inteligentes se están volviendo cada vez más frecuentes, y estos dispositivos ya tienen la capacidad de reproducir ruido blanco", dijo el coautor Shyam Gollakota, profesor asociado en la Escuela de Ciencias de la Computación e Ingeniería Paul G. Allen de la Universidad de Washington y eldirector del grupo de informática UW para la salud ". Si pudiéramos utilizar esta función de ruido blanco como una forma sin contacto para monitorear los movimientos de las manos y las piernas, la respiración y el llanto de los bebés, entonces el altavoz inteligente se convierte en un dispositivo que puede hacerlo todo, lo cual esrealmente emocionante."
El ruido blanco es una combinación de diferentes frecuencias de sonido, que produce un sonido relajante aparentemente aleatorio que puede ayudar a ocultar otros ruidos que pueden despertar a un bebé dormido. Para usar el ruido blanco como monitor de respiración, el equipo necesitaba desarrollar un método paradetectar pequeños cambios entre el ruido blanco que reproduce un altavoz inteligente y el ruido blanco que se refleja desde el cuerpo del bebé en la matriz de micrófonos del altavoz.
"Comenzamos transmitiendo una señal aleatoria de ruido blanco. Pero estamos generando esta señal aleatoria, así que sabemos exactamente cuál es la aleatoriedad", dijo el primer autor Anran Wang, un estudiante de doctorado en la Escuela Allen. "Esa señal vahacia afuera y se refleja en el bebé. Luego, los micrófonos del altavoz inteligente reciben una señal aleatoria. Debido a que conocemos la señal original, podemos cancelar cualquier aleatoriedad de eso y luego nos queda solo información sobre el movimiento del bebé ".
La detección de la respiración en los bebés tiene una arruga adicional: el movimiento de sus cofres es tan pequeño que el altavoz inteligente necesita saber exactamente dónde están los bebés para poder "verlos" respirar.
"La señal de respiración es tan débil que no podemos simplemente buscar un cambio en la señal general de regreso", dijo Wang. "Necesitábamos una forma de escanear la habitación y determinar dónde está el bebé para maximizar los cambios enla señal de ruido blanco. Nuestro algoritmo aprovecha el hecho de que los altavoces inteligentes tienen una variedad de micrófonos que se pueden usar para enfocar en la dirección del pecho del bebé. Comienza a escuchar los cambios en un montón de direcciones potenciales, y luego continúabuscar hacia la dirección que da la señal más clara "
BreathJunior rastrea los movimientos pequeños, como el movimiento del pecho involucrado en la respiración, y los movimientos grandes, como los bebés que se mueven en sus cunas. También puede escuchar el sonido de un bebé llorando.
El equipo creó un prototipo de altavoz inteligente para probar BreathJunior en un simulador infantil. Los investigadores pudieron configurar el simulador para que respire a frecuencias específicas, lo que les permitió evaluar qué tan bien BreathJunior detectó una variedad de frecuencias respiratorias, desde 20 respiraciones lentaspor minuto a 60 respiraciones por minuto. El simulador infantil también permitió al equipo probar si BreathJunior podía detectar patrones de respiración anormales, como la apnea, que son comunes en los bebés que nacen temprano y pueden no haber desarrollado centros respiratorios en sus cerebros.el sistema funcionó bien para ambas pruebas.
Luego, el equipo probó qué tan bien su prototipo rastreaba la respiración de los bebés reales en la unidad de cuidados intensivos neonatales o UCIN. Estos bebés están conectados a monitores respiratorios con cable de grado hospitalario, para que el equipo pudiera comparar sus lecturas con las de BreathJunior. El sistema fuecapaz de identificar con precisión las frecuencias respiratorias de hasta 65 respiraciones por minuto.
"Los bebés en la UCIN son más propensos a tener tasas de respiración muy altas o muy lentas, por eso la NICU monitorea su respiración tan de cerca", dijo Sunshine. "BreathJunior tiene potencial para los padres que desean utilizar el ruido blanco para ayudarsus hijos duermen y que también desean una forma de monitorear la respiración y el movimiento de sus hijos.También tiene un atractivo como herramienta para monitorear la respiración en el subconjunto de bebés en quienes el monitoreo respiratorio en el hogar está clínicamente indicado, así como en entornos hospitalarios donde los médicos quierenusar monitoreo respiratorio sin cables.
"Sin embargo, es muy importante tener en cuenta que la Academia Estadounidense de Pediatría recomienda no usar un monitor que se promocione a sí mismo como reductor del riesgo de síndrome de muerte súbita infantil, y esta investigación y el equipo no hacen tal afirmación".
Si bien BreathJunior actualmente usa ruido blanco para rastrear la respiración y el movimiento, a los investigadores les gustaría ampliar sus capacidades para que también pueda usar otros sonidos relajantes como canciones de cuna.
El equipo planea comercializar esta tecnología a través de una implementación de UW, Sound Life Sciences, Inc.
"En solo unos años, hemos recorrido un largo camino desde el monitoreo de grandes movimientos en adultos hasta la extracción del pequeño movimiento de la respiración de un recién nacido", dijo Gollakota. "Esto ha sido posible debido a innovaciones algorítmicas así como a avances enhardware de altavoces inteligentes. Mirando hacia el futuro, uno puede imaginar la transformación de un altavoz inteligente en un 'tricorder médico' que pueda controlar sin contacto una variedad de signos vitales más allá de la respiración ".
Esta investigación fue financiada por la National Science Foundation.
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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