Разделы
Материалы

Разговаривать без голосовых связок: пластырь на шее превращает движения горла в речь (фото)

Андрей Русанов
Фото: Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе | Пластырь преобразует движения горла на язык

Технология преобразует движения горла в электрические импульсы, которые распознаются как речь. Точность в ограниченном эксперименте составляет 95%.

Ученые Калифорнийского университета создали гибкое устройство, которое крепится на шею, превращает движения мышц в речь и позволяет людям говорить без использования голосовых связок. Об этом сообщает сайт Live Science.

Небольшая накладка детектирует движения горла, связанные с разговором и на их основе генерирует электрические импульсы. Пластырь работает без батареи или сетевого питания. Он может помочь общаться людям с расстройствами голоса, поврежденными или парализованными голосовыми связками, а также тем, кто перенес операцию горла. Научное исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Идея пластыря возникла после того, как ведущий автор исследования, доцент кафедры биоинженерии Калифорнийского университета Джун Чен провел несколько часов на лекциях и "посадил" голос. Эта мысль побудила Чена и его коллег создать устройство, которое позволяло бы людям говорить, когда они потеряли эту способность или восстанавливались от кратковременного голосового расстройства.

Тонкий пластырь на самом деле состоит из пяти слоев
Фото: Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе

Магнитные свойства некоторых металлов меняются под воздействием механической нагрузки, примером этого является сплав железа и галлия гальфенол. В более раннем исследовании 2021 года Чен и его коллеги показали, что та же концепция может работать с мягким материалом, изготовленным из крошечных магнитов, встроенных в тонкий силикон.

В новом исследовании ученые использовали этот материал в пластыре, который реагирует на едва заметную нагрузку, возникающую при движении мышц горла. Сгенерированные электрические сигналы можно перевести в речь.

Пластырь состоит из пяти сверхтонких слоев. Внешние слои пластыря изготовлены из силикона, средний слой, изготовленный содержит микромагниты — они создают магнитное поле во время движения горла. Два слоя, окружающие его, изготовлены из медных катушек, которые преобразуют колебания поля в электрические сигналы.

Сигналы получает система машинного обучения, который превращает импульсы в речь. Чтобы обучить искусственный интеллект, каждый участник исследования повторял пять коротких фраз по 100 раз, пока программа отслеживала движения горла. Это научило систему связывать определенные движения с конкретной фразой.

Иллюстрация исследования
Фото: Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе

Во время демонстрации технологии с участием восьми людей без проблем с речью алгоритм демонстрировал точность около 95%. Эти тесты проводились с использованием тех же коротких фраз и предложений, на которых тренировался алгоритм, которые люди говорили, стоя на месте, ходя и бегая.

В разных экспериментах участников просили проговаривать предложения вслух или беззвучно. Тесты показали, что алгоритм может надежно преобразовывать движения мышц в правильные волны.

Хотя эти результаты обнадеживают, пластырь все еще находится на ранних стадиях разработки. Его тестирование ограничивалось лишь восемью людьми, которые сказали несколько фраз, и его еще предстоит проверить на людях с расстройствами речи. Также нужно масштабировать процесс производства устройства.

Недавно ученые нашли способ восстановить еще одну способность человека, а именно зрение. Миниатюрные солнечные батареи в глазах подпитывают зрительные нервы, чтобы те могли передавать импульсы в мозг, благодаря чему некоторые люди, потерявшие зрение, вновь смогли бы видеть.