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

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.

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.

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.