Zásadní průlom: Výzkumníci vyvinuli náplast s vlastním pohonem, která převádí pohyby svalů do řeči

Nová náplast, která se připevňuje na krk, dokáže převést pohyby svalů do řeči, což lidem umožňuje mluvit bez použití jejich hlasivek. Podle vědců z Kalifornské univerzity podložka nejen detekuje pohyby krku spojené s řečí, ale využívá tento pohyb k výrobě elektřiny, což znamená, že zařízení může fungovat bez baterie.

Náplast by teoreticky mohla pomoci lidem s poruchami hlasu komunikovat, včetně těch, kteří se zotavují po operaci rakoviny hrdla.

Vedoucí studie Jun Chen, odborný asistent bioinženýrství na Kalifornské univerzitě v Los Angeles, přišel s nápadem na náplast poté, co strávil několik hodin přednášením a cítil, jak se jeho hlas unavuje. Chen a jeho kolegové proto navrhli měkkou podložku pro lidi, kteří nemohou mluvit nebo se zotavují z přechodné poruchy hlasu. Návrh náplasti je založen na studii publikované v roce 2021 v časopise Nature Materials a také na předchozím výzkumu materiálů.

Od poloviny 19. století vědci věděli, že magnetické vlastnosti určitých tuhých kovů se mohou změnit, když jsou vystaveny mechanickému namáhání. Příkladem toho je slitina železa a galia, nazývaná Galfenol, jejíž magnetický stav se mění, když je vystaven tlaku. Ve studii z roku 2021 Chen a jeho kolegové ukázali, že stejný nápad by mohl fungovat s měkkým materiálem vyrobeným z drobných magnetů vložených do tenkého křemíku.

Ve své nejnovější studii tým spojil tento materiál do podložky, která reaguje na jemný tlak vyvíjený na něj pohybem krčních svalů. Když člověk vykonává pohyby potřebné k mluvení, materiál reaguje vytvářením elektrických signálů, které lze převést do řeči. K tomu je podložka vyrobena z pěti velmi tenkých vrstev. Vnější vrstvy podložky jsou vyrobeny z měkkého pružného silikonového materiálu, zatímco střední vrstva z křemíku a mikromagnetů vytváří magnetické pole, které se mění podle pohybu krčních svalů. Dvě vrstvy, které jej obklopují, vyrobené z cívek měděného drátu, převádějí tyto změny v magnetickém poli do elektrických signálů.

Tyto elektrické signály jsou pak přiváděny do algoritmu strojového učení, který převádí pulsy do řeči. K trénování algoritmu každý účastník studie opakoval 5 krátkých frází 100krát, zatímco program sledoval pohyby jejich krku. Systém se tak naučil spojovat konkrétní pohyby s danou frází.

Při demonstraci technologie zahrnující osm lidí s poruchou řeči byl algoritmus asi 95% přesný při převodu elektrických signálů do řeči. Tyto testy byly provedeny pomocí stejných krátkých frází a vět, na kterých byl algoritmus trénován. Experimentální zjištění ukázala, že algoritmus dokáže spolehlivě převést pohyby svalů do správných křivek.

I když jsou tyto výsledky slibné, patch je stále v raných fázích vývoje. Jeho testy byly omezeny na pouhých osm lidí a dosud nebyl testován na lidech s poruchami řeči.

Závěry studie byly zveřejněny ve vědeckém časopise Nature Communications.

ertnews.gr