Un dispozitiv nou, flexibil, care se agață de gât, poate traduce mișcările musculare în vorbire, permițând oamenilor să vorbească fără a-și folosi corzile vocale.
Micul plasture nu numai că detectează mișcările gâtului asociate cu vorbirea, dar și acea mișcare pentru a genera electricitate, ceea ce înseamnă că dispozitivul poate fi operat fără baterie sau fiind conectat la priză.
Dispozitivul, descris într-un studiu publicat marți (12 martie) în jurnal Comunicarea naturiiar putea ajuta teoretic persoanele cu tulburări de voce cauzate de corzile vocale deteriorate sau paralizate să comunice, inclusiv pe cei care se recuperează după operația de cancer la gât.
Autor principal al studiului Jun Chen, profesor asistent de bioinginerie la Universitatea din California, Los Angeles, a declarat pentru Live Science că ideea plasturelui a apărut după ce a petrecut câteva ore ținând prelegeri și a simțit că vocea devine obosită. El a început să-și imagineze o modalitate de a rezolva această problemă, de a face posibil ca o persoană să vorbească fără a-și folosi corzile vocale, cunoscute și sub denumirea de „corduri vocale”.
Legate de: Interfața creier-calculator ajută pacientul cu sindrom de blocare să comunice
Acest gând l-a determinat pe Chen și colegii săi să creeze un patch moale care ar putea permite oamenilor să vorbească atunci când și-au pierdut această abilitate sau se recuperează după o tulburare vocală tranzitorie.
Designul plasturelui se bazează pe cercetările publicate în 2021 în jurnal Materiale de naturăprecum și cercetări anterioare despre materiale, a spus Chen, care a fost autorul principal al acelui studiu din 2021.
De la mijlocul secolului al XIX-lea, oamenii de știință știu că proprietățile magnetice ale unor metale rigide pot fi modificate atunci când sunt supuse unor solicitări mecanice. Un exemplu în acest sens este un aliaj de fier și galiu, numit Galfenol, a cărui stare magnetică se schimbă atunci când stoarceți sau deformați materialul. În studiul lor din 2021, Chen și colegii săi au arătat că același concept ar putea funcționa cu un material moale format din magneți mici încorporați în siliciu subțire.
Acum, în ultimul lor studiu, echipa a valorificat acest material într-un plasture care răspunde la stresul subtil exercitat de mișcarea mușchilor gâtului. Când o persoană execută mișcările necesare pentru a vorbi, materialul răspunde producând semnale electrice care pot fi traduse în vorbire.
Pentru a realiza acest lucru, plasturele este format din cinci straturi foarte subțiri. Straturile exterioare ale plasturelui sunt realizate dintr-un material siliconic moale, flexibil, în timp ce stratul mijlociu, realizat din siliciu și micromagneți, generează un camp magnetic care variază în funcție de mișcarea mușchilor gâtului. Cele două straturi care îl înconjoară, realizate din bobine de sârmă de cupru, traduc aceste modificări ale câmpului magnetic în semnale electrice.
Aceste semnale electrice sunt apoi transmise unui algoritm de învățare automată care traduce impulsurile în vorbire. Pentru a antrena algoritmul, fiecare participant la studiu a repetat cinci fraze scurte de 100 de ori fiecare, în timp ce programul le-a urmărit mișcările gâtului. Acest lucru a învățat sistemul să asocieze mișcări specifice cu o anumită frază.
Într-o demonstrație a tehnologiei care a implicat opt persoane fără probleme de vorbire, algoritmul a fost de aproximativ 95% precis la traducerea impulsurilor electrice ale plasturii în vorbire. Aceste teste au fost efectuate folosind aceleași fraze și propoziții scurte pe care a fost antrenat algoritmul, inclusiv „Crăciun fericit” și „Sper că experimentele tale merg bine”, pe care indivizii le-au spus în timp ce stăteau nemișcați, mergeau și alergau.
În diferite experimente, participanții au fost rugați să rostească propozițiile cu voce tare sau să le „pronunțe fără voce”. Aceste teste sugerează că, în ambele cazuri, algoritmul poate traduce în mod fiabil mișcările musculare în formele de undă corecte.
Un prim-plan al noului plasture magnetoelastic pentru gât
Deși aceste rezultate sunt promițătoare, plasturele se află încă în stadiile incipiente de dezvoltare. Testarea sa a fost limitată la doar opt persoane care rosteau câteva fraze și încă nu a fost testată la persoanele cu tulburări de vorbire. Chen a spus că o altă limitare este că procesul actual de fabricație pentru patch-uri ar trebui să fie extins și mai eficient pentru ca un număr mare de patch-uri să fie produse.
Privind în perspectivă, cercetătorii doresc, de asemenea, să sporească capacitatea dispozitivului de a traduce propoziții, a adăugat Chen.
Potrivit unui sondaj din 2005 publicat în jurnal Laringoscop, aproximativ 30% dintre oameni vor avea cel puțin o tulburare de voce în timpul vieții. Si Clinica Cleveland raportează că între 3% și 9% dintre oamenii din SUA vor experimenta afonie sau își vor pierde vocea. Afonia se poate manifesta ca răgușeală, neputând vorbi peste o șoaptă sau pierderea totală a vocii.
Tehnologii existente pentru a ajuta oamenii care nu pot vorbi, cum ar fi un mic alimentat cu baterie dispozitiv numit electrolaringe — sunt adesea costisitoare sau invazive și mulți oameni nu le pot accesa. Alte dispozitive se bazează pe traducerea textului scris sau a unei colecții de simboluri în vorbire, ceea ce nu oferă un înlocuitor direct pentru vorbire. Dacă se dovedește eficient, noul plasture ar putea face ca tehnologia de asistență ca aceasta să fie mai convenabilă și mai puțin invazivă, au scris autorii în raportul lor.
Acest articol are doar scop informativ și nu este menit să ofere sfaturi medicale.
Te-ai întrebat vreodată de ce unii oameni își construiesc mușchi mai ușor decât alții sau de ce ies pistruii la soare? Trimite-ne întrebările tale despre cum funcționează corpul uman community@livescience.com cu subiectul „Health Desk Q” și este posibil să vedeți răspunsul la întrebarea dvs. pe site!