Stačí router a viete, ako vám bije srdce
Vedci z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz nedávno predstavili aj na svojej stránke technológiu, ktorá môže zmeniť spôsob, akým sledujeme svoje zdravie. Namiesto toho, aby sme sa spoliehali na inteligentné hodinky alebo fitness náramky, dokáže obyčajný Wi-Fi signál zachytiť tep srdca a zmerať jeho frekvenciu. A to s presnosťou, ktorá sa vyrovná tradičným zariadeniam.
Jedná sa o projekt s názvom Pulse-Fi a jeho princíp fungovania je prekvapivo jednoduchý, no mimoriadne účinný. Wi-Fi signál sa pri šírení odráža od predmetov aj od ľudského tela a každým úderom srdca sa tieto odrazy jemne menia. Algoritmus dokáže tieto mikroskopické odchýlky zo signálu takpovediac vyčítať a premeniť ich na spoľahlivý údaj o tepovej frekvencii.
Výskum využíva jednoduchý vysielač a prijímač, pričom kľúčom k úspechu je sofistikovaný AI algoritmus strojového učenia. Ten analyzuje jemné zmeny v signále, ktoré spôsobuje každý úder srdca alebo drobný pohyb tela, a dokáže ich odlíšiť od bežného šumu z prostredia.
Presnejšie než vaše smart hodinky
To, že Pulse-Fi meria s chirurgickou presnosťou ukázali aj prvé výsledky testov. Už po piatich sekundách monitorovania sa odchýlka výpočtu od skutočnej tepovej frekvencie pohybovala len okolo pol úderu za minútu. To je úroveň presnosti, ktorá postačí dokonca aj pre zdravotnícke využitie.
Systém si poradil s rôznymi polohami tela. Či už účastníci sedeli, stáli, ležali alebo dokonca kráčali. Počas experimentov zapojili výskumníci celkovo 118 dobrovoľníkov, ktorí skúšali až sedemnásť rôznych pozícií. Presnosť meraní zostávala stabilná bez ohľadu na to, v akej situácii sa človek nachádzal.
Zaujímavým aspektom je aj fakt, že meranie fungovalo na vzdialenosť približne troch metrov. Človek tak nemusel byť v bezprostrednej blízkosti zariadenia. Ako referenčná metóda („ground truth“) slúžil bežný pulzný oxymeter, ktorým sa merala srdcová frekvencia súčasne s Wi-Fi signálom. To umožnilo trénovanie neurónovej siete tak, aby rozpoznala, aké zmeny vo Wi-Fi signáli korešpondujú s tepmi.
Samozrejme, existujú aj určité obmedzenia. Wi-Fi signály sú citlivé na akékoľvek zmeny v prostredí. Pohyb iných osôb, prekážky či dokonca rozdielna vlhkosť vzduchu môžu značne ovplyvniť ich stabilitu. Ďalším problémom je oddeľovanie impulzov srdca od ostatných pohybov, ktoré nastávajú najmä pri rýchlejšej chôdzi alebo fyzickej aktivite.
Hoci sa algoritmu darí tieto vplyvy filtrovať, v extrémnych podmienkach sa presnosť môže znižovať. Výzvou je aj degradácia signálu pri väčšej vzdialenosti alebo v prostredí s viacerými stenami a inými rušivými faktormi.
Za málo peňazí veľa muziky
Azda najlepšie na celej veci je fakt, že sa technológia dá realizovať aj na pomerne lacnom hardvéri. Výskumníci pracovali s čipmi ESP32, ktoré stoja len pár dolárov (konkrétne 5 dolárov), a s minipočítačmi Raspberry Pi, ktoré vašu peňaženku takisto cenovo nezaťažia. Tieto zariadenia snímajú takzvaný Channel State Information (CSI), konkrétne amplitúdu signálu z jednej antény. To znamená, že sa sledujú drobné variácie vo veľkosti (intenzite) prijatého signálu, ktoré sa menia keď signál prechádza alebo sa odráža od ľudského tela pri tlkote srdca.
Napriek vskutku nízkym nákladom sa podarilo dosiahnuť spoľahlivé výsledky, čo naznačuje, že podobné riešenia by v budúcnosti mohli byť dostupné aj pre širokú verejnosť.
Napriek pár problémom má Pulse-Fi obrovský potenciál. V budúcnosti by mohlo slúžiť na neinvazívne monitorovanie zdravotného stavu starších ľudí, ktorí často nechcú alebo nemôžu nosiť zariadenia na tele. Využitie sa ponúka aj pri monitorovaní pacientov v nemocniciach, pri sledovaní kvality spánku alebo ako doplnkový nástroj v športe a tréningu.
Výskum sa však týmto nekončí. Tím vedený profesorkou Katyou Obraczky už skúma, ako Pulse-Fi využiť aj na sledovanie dýchania. Ak sa to podarí, mohlo by to priniesť nové možnosti pri odhaľovaní porúch, ako je spánkové apnoe alebo krátkodobé zástavy dychu, a tým výrazne prispieť k prevencii a včasnej diagnostike.
