Исследователи из Калифорнийского университета недавно создали автономный пластырь для горла, который использует машинное обучение для перевода мышечных движений в речь, помогая людям говорить без голосовых связок.
Джун Чен, доцент кафедры биоинженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, придумал идею создания неинвазивного устройства, поддерживающего речь, после того, как почувствовал, что его голосовые связки устают в результате чтения лекций в течение нескольких часов. Он начал думать о том, как помочь человеку говорить, не используя голосовые связки, и с помощью своих коллег из Калифорнийского университета разработал инновационный пластырь, который прикрепляется к горлу пользователя и использует технологию искусственного интеллекта для расшифровки его мышечных движений в речь. Легкое устройство устойчиво к поту кожи, а также использует движения мышц пользователя для выработки электроэнергии, а это означает, что для его работы не требуется батарея.
Фото: Jun Chen et.al
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Scientific Journal, профессор Цзюнь Чен и его команда объясняют, как работает их 7,2-граммовый автономный пластырь для горла. Крошечное устройство состоит из пяти тонких слоев, включая материалы, которые реагируют на тонкие движения мышц горла. Когда пользователь выполняет движения, необходимые для произнесения фразы, материалы реагируют, генерируя электрические сигналы, которые затем можно перевести в речь с помощью технологии машинного обучения.
Внешние слои пластыря изготовлены из мягкого, гибкого силиконового материала, а центральный слой состоит из кремния 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.
Фото: Jun Chen et.al
В эксперименте, подробно описанном в их исследовании, Чен и его коллеги подавали электрические импульсы в алгоритм машинного обучения , который в конечном итоге преобразовывал их в произнесенные фразы. Чтобы обучить алгоритм, восемь участников исследования должны были произнести пять коротких фраз по 100 раз каждый, пока носили пластырь, чтобы алгоритм мог научиться ассоциировать каждую фразу с конкретными мышечными движениями.
Исследование показало, что алгоритм с точностью около 95% переводил электрические импульсы пластыря в речь, как когда фразы произносились вслух, так и когда произносились «без голоса». Это говорит о том, что алгоритм может надежно интерпретировать сигналы и переводить их в речь, но профессор Чен также отмечает, что его исследование имеет ограничения. Тестирование ограничивалось восемью людьми, произносившими пять фраз, и ни один из них не страдал речевыми нарушениями. Кроме того, даже если пластырь окажется эффективным в ходе более масштабного исследования, все равно придется продумать логистику его крупномасштабного производства.
Тем не менее, пластырь на горло считается очень многообещающим изобретением, учитывая, что около 30% людей в течение жизни страдают хотя бы одним нарушением голоса, а нынешние альтернативы, такие как электрогортань, являются инвазивными, дорогими.