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
После чудовищного Эль-Ниньо наш мир, возможно, уже не будет прежним
Первой жертвой будет Амазония, но это, как говорят ученые, только начало...
Кто на самом деле сделал Терракотовую армию: историческую сенсацию рассмотрели в отпечатках на древней глине
Поразительно, но открытие китайских ученых перекликается с исследованиями по Древнему Египту и Ближнему Востоку...
«Мы научили медведей видеть в нас добычу»: биолог рассказал, почему хищники нападают на людей по всей России
По словам ученого, совпало сразу несколько факторов, поэтому решить проблему будет сложно...
Самое древнее кораблекрушение в истории: что нашли турецкие ученые на судне, которое утонуло 4600 лет назад?
Подобные артефакты в свое время находили не только в легендарной Трое, но и рядом с Великой пирамидой в Египте...
Маск только что показал летающий автомобиль: история говорит, что это может не сработать
Почему эксперты Popular Mechanics не верят в успех нового проекта владельца SpaceX и Tesla...
Монетный детектив: российский ученый 10 лет охотился за распроданными сокровищами и раскрыл тайну древнего царства на Боспоре
Пожалуй, это одна из самых интересных исторических загадок, раскрытых в последнее время...
Что массово убивало пингвинов в 2024-м: ученые подозревали птичий грипп, но они ошибались
Поразительно, но виновник массовой гибели птиц больше 20 лет находился под носом у исследователей, а они его не замечали...
Каспийское море снова изменилось: какие острова нанесут на новые карты
Почему географы очень строги к таким объектам и какие требования предъявляют к ним...
Почему ледник Судного дня не перестанет таять, даже если остынут моря и океаны?
Новое исследование показало: у Антарктиды есть поразительные сценарии будущего, от которых зависит судьба всего мира...
Муравьи Дракулы охотятся с первого дня жизни: их мозг может объяснить такую «кровожадность»
По словам ученых, когда-то такими были все муравьи, но что-то заставило их поменять свое поведение...
Летние каникулы длиной… в два с половиной года: как 777 российских детей вернулись домой через Сибирь, Америку и Европу
По этой удивительной истории запросто можно снять отличный сериал. Даже несколько сезонов...
В 2025 году в Беринговом море неожиданно появилось огромное количество крабов
Теперь ученые наконец-то нашли разгадку природной аномалии...