研究人员发明智能面具为呼吸道疾病识别跟踪呼吸的声音
戴口罩已经被认为是最有效的方法来防止COVID-19的传播,甚至在其特有的阶段。除了面具的传统功能,潜在的智能面具监测人体生理信号的研究也越来越多。领导的一个研究小组香港城市大学(城大)最近发明了一种智能面具,集成一个超薄纳米复合海绵小声波传感器,它能够检测呼吸呼吸的声音,咳嗽和说话。
使用机器学习算法和灵敏度高声波传感器在一个很宽的带宽上可操作的、聪明的面具为其打开了新的途径应用于呼吸系统疾病的识别,以及语音交互工具。超轻量级的可穿戴技术也有可能改善个人和公共卫生通过使长期、系统的呼吸系统健康监测在日常生活中。
主席由李教授领导的一个研究小组Wenjung机械工程系教授(外资企业),王教授张建平教授计算机科学(CS)和Yu博士Xinge,生物医学工程系副教授使用证(BME),最近开发了这个聪明的面具,可以检测和区分多个呼吸动作。沈Jiangang教授的团队从学校中医大学的香港也对项目做出了重要贡献。研究结果发表在先进的科学。
戴着面具的重要性,即使COVID-19变得流行
“许多国家现在相信COVID-19很快就会成为流行,”李教授说。“然而,我们必须留出乐观和现实可能水平的疾病、残疾和死亡与这种疾病在未来几年。重要的是要记住,风土性不对应于无害。”
他利用疟疾作为一个例子来说明,尽管目前被认为是流行在87个国家,在2020年,估计有2.41亿人感染,造成627000人死亡,据世界卫生组织。因此,他建议人们应该继续谨慎COVID-19并使用可用的和行之有效的措施,包括口罩,以控制病毒的传播。
“这个聪明的面具使用我们的自主研发,高灵敏度,宽带灵活的传感器,可以检测并记录日常人工呼吸活动,如呼吸、咳嗽和口语对于云数据存储,”李教授解释道。
聪明的团队开发的面具薄400μm海绵状结构,捏造碳纳米管和聚二甲硅氧烷(问/ PDMS)材料,使用修改sacrificial-release技术团队的小说。超薄,轻量级的传感器可以几乎集成和有效工作刚性面具和可变形的无纺布口罩。
良好的性能在静态和动态压力
研究小组招募了31人,以收集他们的呼吸活动时戴着聪明的面具。研究结果表明,声波传感器在测量高度敏感的静态和动态压力。除了表现良好的静态压力范围27.9 pa - 2.5 kPa,传感器还回应了高频动态压力产生的人类声音,即。、声音谐波声学能量4000 Hz。
此外,该传感器可以感知空气流动,包括定向流动和振动。这些发现表明,传感器可以用来检测人工呼吸活动通过整合商业pc(聚碳酸酯)塑料制成的面具。它也证明了聪明的面具可以检测和区分三种常见呼吸道功能:呼吸、咳嗽和演讲。
“先进的人工智能技术使集成面具自动识别不同的咳嗽和呼吸模式,指出其潜在使用诊断呼吸相关疾病在未来,”王教授说。
“目前,研究者使用商业传感器来检测温度变化和气流计算数量的咳嗽,但是他们不能捕获重要生理信息包含在人类的声音,咳嗽和呼吸。我们的聪明的面具是敏感微妙的空气压力和高频振动,可以检测三个短语的咳嗽,”李教授补充说。
团队最终的目标是开发实时诊断算法应用,如肺尘埃沉着病症状评估。“作为一个潜在的低成本、日常智能可穿戴设备,这个新物联网智能面具将有助于个人和公共卫生管理的呼吸道疾病筛查和诊断,尤其是在人口密集的城市,像香港一样,”Yu博士说。智能面具的speech-detection能力还可以帮助解决声音衰减问题引起的戴着面具。
