Голос звучит, когда воздух из лёгких вызывает вибрацию голосовых связок, то есть особых складок мышечной ткани в гортани. Но голосовые связки могут пострадать из-за стресса, инфекций либо чрезмерной нагрузки. И такому риску подвержены не только перетрудившиеся певцы или ораторы. Согласно исследованию 2005 года, у 30% людей вообще хотя бы раз в жизни случались подобные неприятности с голосом.
Исследователи-биоинженеры из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предложили изящное решение. Они изобрели и протестировали мягкий пластырь, который буквально наклеивают на горло. «Липучка» улавливает движения мышц и с помощью алгоритмов машинного обучения преобразовывает эти сигналы в слышимую речь.
Хотя это пока лишь ранняя версия прототипа, в образце уже заметен потенциал на фоне известных альтернатив. А самая простая из них — отказаться от использования пострадавшего голоса и перейти на письменность: набирать и отправлять текстовые сообщения по интернету или воспользоваться старыми добрыми ручкой и бумагой. Но набор текста может быть медленным и неудобным, справедливо отметил Цзюнь Чен, ведущий автор научного проекта.
Более сложные решения — это электроларинкс, то есть искусственные заменители гортани. Так называют внешние устройства, которые нужно прижимать к горлу для преобразования вибраций в речь. Но использовать их не так уж просто: может потребоваться тренировка. Аналоги, встроенные хирургическим путём, довольно сильно травмируют горло и потому воспринимаются пациентами как пугающие. В общем, новость о решении в виде пластыря не могла не заинтересовать многих.
Механизм, лежащий в основе нового устройства, основан на принципе, известном как магнитоупругий эффект или эффект Виллари. Магнитные наночастицы внедряются в эластичные материалы, такие как силиконовые полимеры. Их магнитные свойства могут меняться по мере растяжения конструкции, ведь каждая деформация приводит частицы в движение относительно друг друга, изменяя намагниченность эластичного материала. При встраивании в пластырь с окаймлением из медных катушек, генерирующих фоновое магнитное поле, движения частиц можно точно фиксировать как колебания.
Когда мышцы горла двигаются под силиконовым пластырем, возникающие колебания магнитного поля могут быть преобразованы в электрические сигналы. В эксперименте с участием восьми добровольцев исследователи фиксировали производимые сигналы во время говорения. А также испытуемые артикулировали одними лишь губами пять предложений, в том числе: «Надеюсь, ваши эксперименты проходят успешно!», «Счастливого Рождества!» и «Я люблю тебя!».
Затем исследователи натренировали модель машинного обучения, чтобы она распознавала электрические сигналы, соответствующие каждой фразе. Алгоритм смог расшифровать, какие из пяти предложений произнесли участники — вслух или про себя — с точностью более 90%.
Устройство в виде пластыря даёт дополнительные преимущества. В придачу к эластичности пластырь остаётся липким, то есть функциональным даже на потной коже. Образец можно было использовать непрерывно в течение 40 минут.
Впереди ещё много работы, признают исследователи, ведь пока что наклеиваемое устройство распознаёт всего лишь те самые разученные пять фраз. Кроме того, индивидуальные различия в голосовых связках означают, что алгоритм должен быть подготовлен для каждого отдельно взятого пользователя. Чтобы сделать концепт реально работающим, изобретателям предстоит собрать ещё очень много данных.
Кокаин оказался серьёзным загрязнителем бразильского залива
Наркотик травит морскую фауну с 1930-х годов....