Пластырь преобразовал движения связок в слышимую речь
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.
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.
- Дмитрий Ладыгин
- economist.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....