Πανεπιστήμιο City του Χονγκ Κονγκ: Η έξυπνη μάσκα του Πανεπιστημίου City του Χονγκ Κονγκ θα συμβάλει στη βελτίωση της προσωπικής και δημόσιας υγείας. Η χρήση μάσκας προσώπου έχει αναγνωριστεί ως ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους για την πρόληψη της εξάπλωσης της COVID-19, ακόμη και στην επερχόμενη ενδημική της φάση. Εκτός από τη συμβατική λειτουργία των μασκών, διερευνάται όλο και περισσότερο η δυνατότητα των έξυπνων μασκών να παρακολουθούν τα φυσιολογικά σήματα του ανθρώπου. Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το City University of Hong Kong (CityU) εφηύρε πρόσφατα μια έξυπνη μάσκα, ενσωματώνοντας έναν αισθητήρα ηχητικών κυμάτων με βάση μια εξαιρετικά λεπτή δομή νανοσύνθετου σφουγγαριού, ο οποίος είναι ικανός να ανιχνεύει τους αναπνευστικούς ήχους της αναπνοής, του βήχα και της ομιλίας.
Χρησιμοποιώντας αλγορίθμους μηχανικής μάθησης και έναν αισθητήρα ηχητικών κυμάτων υψηλής ευαισθησίας που λειτουργεί σε μεγάλο εύρος ζώνης, η έξυπνη μάσκα άνοιξε νέους δρόμους για την εφαρμογή της στον εντοπισμό αναπνευστικών ασθενειών, καθώς και ως εργαλείο φωνητικής αλληλεπίδρασης. Αυτή η εξαιρετικά ελαφριά φορητή τεχνολογία έχει επίσης τη δυνατότητα να βελτιώσει την προσωπική και δημόσια υγεία, επιτρέποντας την παρατεταμένη και συστηματική παρακολούθηση της αναπνευστικής υγείας στην καθημερινή ζωή.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Li Wenjung, πρόεδρο καθηγητή στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών (MNE), τον καθηγητή Wang Jianping, καθηγητή στο Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών (CS), και τον Δρ Yu Xinge, αναπληρωτή καθηγητή στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής (BME) στο CityU, ανέπτυξε πρόσφατα αυτή την έξυπνη μάσκα, η οποία μπορεί να ανιχνεύει και να διακρίνει πολλαπλές αναπνευστικές ενέργειες. Η ομάδα του καθηγητή Shen Jiangang από τη Σχολή Κινέζικης Ιατρικής του Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ συνέβαλε επίσης σημαντικά στο έργο. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο Advanced Science. Η ενσωματωμένη σε νανοσύνθετο αισθητήρα έξυπνη μάσκα επιτρέπει την ανίχνευση ενός δυναμικού εύρους πίεσης με μεγάλο εύρος ζώνης με υψηλή ευαισθησία για την παρακολούθηση της πολυφασικής αναπνευστικής δραστηριότητας.
Σημασία της χρήσης μάσκας ακόμη και αν η COVID-19 γίνει ενδημική.
“Πολλές χώρες πιστεύουν τώρα ότι η COVID-19 θα γίνει σύντομα ενδημική”, δήλωσε ο καθηγητής Li. “Ωστόσο, πρέπει να αφήσουμε στην άκρη την αισιοδοξία και να είμαστε ρεαλιστές όσον αφορά τα πιθανά επίπεδα ασθενειών, αναπηρίας και θανάτων που σχετίζονται με αυτή τη νόσο τα επόμενα χρόνια. Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι η ενδημικότητα δεν αντιστοιχεί σε αβλαβές φαινόμενο”. Χρησιμοποίησε την ελονοσία ως παράδειγμα για να καταδείξει ότι παρόλο που σήμερα θεωρείται ενδημική σε 87 χώρες, το 2020, σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, εκτιμάται ότι θα μολύνει 241 εκατομμύρια ανθρώπους και θα προκαλέσει 627.000 θανάτους. Έτσι, πρότεινε ότι οι άνθρωποι θα πρέπει να συνεχίσουν να είναι προσεκτικοί σχετικά με την COVID-19 και να χρησιμοποιούν τα διαθέσιμα και αποδεδειγμένα μέτρα, συμπεριλαμβανομένων των μασκών, για τον έλεγχο της εξάπλωσης του ιού.
Ο εύκαμπτος αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της ανθρώπινης αναπνευστικής δραστηριότητας με την ενσωμάτωσή του σε εμπορικές μάσκες. Πηγή: City University of Hong Kong “Αυτή η έξυπνη μάσκα χρησιμοποιεί τον αυτοαναπτυγμένο, υψηλής ευαισθησίας, ευρείας ζώνης εύκαμπτο αισθητήρα μας, ο οποίος μπορεί να ανιχνεύει και να καταγράφει την καθημερινή ανθρώπινη αναπνευστική δραστηριότητα, όπως η αναπνοή, ο βήχας και η ομιλία, για αποθήκευση δεδομένων στο cloud”, εξήγησε ο καθηγητής Li. Η έξυπνη μάσκα που ανέπτυξε η ομάδα έχει μια δομή που μοιάζει με σφουγγάρι, τόσο λεπτή όσο 400μm, κατασκευασμένη με υλικά νανοσωλήνων άνθρακα και πολυδιμεθυλοσιλοξάνιο (CNT/PDMS), χρησιμοποιώντας τη νέα τροποποιημένη τεχνική θυσιαστικής απελευθέρωσης της ομάδας. Ο εξαιρετικά λεπτός, ελαφρύς αισθητήρας μπορεί να ενσωματωθεί πρακτικά και να λειτουργήσει αποτελεσματικά τόσο με άκαμπτες μάσκες όσο και με παραμορφώσιμες μη υφασμάτινες μάσκες.
Καλές επιδόσεις σε στατική και δυναμική πίεση
Η ερευνητική ομάδα στρατολόγησε 31 άτομα προκειμένου να συλλέξει την αναπνευστική τους δραστηριότητα ενώ φορούσαν την έξυπνη μάσκα. Τα ευρήματα έδειξαν ότι ο αισθητήρας ακουστικών κυμάτων ήταν ιδιαίτερα ευαίσθητος στη μέτρηση τόσο της στατικής όσο και της δυναμικής πίεσης. Εκτός από την καλή απόδοση στο εύρος στατικής πίεσης 27,9 Pa-2,5 kPa, ο αισθητήρας ανταποκρίθηκε επίσης σε δυναμική πίεση υψηλής συχνότητας που δημιουργείται από την ανθρώπινη φωνή, δηλαδή σε ηχητική αρμονική ακουστική ενέργεια έως 4000 Hz. Επιπλέον, ο αισθητήρας μπορεί να αντιληφθεί την κίνηση του αέρα, συμπεριλαμβανομένης της κατευθυνόμενης ροής και της δόνησης. Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν ότι ο αισθητήρας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της ανθρώπινης αναπνευστικής δραστηριότητας με την ενσωμάτωσή του σε μια εμπορική μάσκα από πολυκαρβονικό υλικό. Αποδείχθηκε επίσης ότι η έξυπνη μάσκα θα μπορούσε να ανιχνεύσει και να διαφοροποιήσει τρεις κοινές αναπνευστικές λειτουργίες: την αναπνοή, τον βήχα και την ομιλία. “Η προηγμένη τεχνολογία τεχνητής νοημοσύνης επιτρέπει στην ενσωματωμένη μάσκα να αναγνωρίζει αυτόματα διαφορετικά μοτίβα βήχα και αναπνοής, υποδεικνύοντας την πιθανή χρήση της για τη διάγνωση ασθενειών που σχετίζονται με το αναπνευστικό σύστημα στο μέλλον”, δήλωσε ο καθηγητής Wang.
“Επί του παρόντος, οι ερευνητές χρησιμοποιούν αισθητήρες του εμπορίου για την ανίχνευση των αλλαγών της θερμοκρασίας και της ροής του αέρα για την καταμέτρηση του αριθμού του βήχα, αλλά δεν μπορούν να συλλάβουν σημαντικές φυσιολογικές πληροφορίες που περιέχονται στην ανθρώπινη φωνή, τον βήχα και την αναπνοή. Η έξυπνη μάσκα μας είναι ευαίσθητη τόσο στη λεπτή πίεση του αέρα όσο και στις δονήσεις υψηλής συχνότητας και μπορεί να ανιχνεύσει τρεις φράσεις βήχα”, πρόσθεσε ο καθηγητής Li. Στόχος της ομάδας είναι τελικά να αναπτύξει αλγόριθμους διάγνωσης σε πραγματικό χρόνο για εφαρμογές όπως η αξιολόγηση των συμπτωμάτων της πνευμονοκονίασης. “Ως μια δυνητικά χαμηλού κόστους, καθημερινή έξυπνη φορητή συσκευή, αυτή η νέα έξυπνη μάσκα IoT θα βοηθήσει στην προσωπική και δημόσια διαχείριση της υγείας για τον έλεγχο και τη διάγνωση αναπνευστικών ασθενειών, ειδικά σε πόλεις με πυκνό πληθυσμό, όπως το Χονγκ Κονγκ”, δήλωσε ο Δρ Yu. Η ικανότητα ανίχνευσης ομιλίας της έξυπνης μάσκας μπορεί επίσης να βοηθήσει στην επίλυση του προβλήματος της εξασθένησης του ήχου που προκαλείται από τη χρήση μάσκας.