Tecno

“Fitbit for the face” può trasformare qualsiasi maschera facciale in un dispositivo di monitoraggio intelligente

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FaceBit può monitorare la salute di chi lo indossa, sentire il battito del cuore attraverso il viso

Gli ingegneri della Northwestern University hanno sviluppato una nuova piattaforma di sensori intelligenti per maschere facciali che chiamano “Fitbit per il viso”.

Soprannominato “FaceBit”, il sensore leggero di un quarto utilizza un minuscolo magnete da attaccare a qualsiasi N95, panno o maschera chirurgica.

Non solo è in grado di rilevare la frequenza respiratoria in tempo reale, la frequenza cardiaca e il tempo di utilizzo della maschera, ma può anche essere in grado di sostituire test ingombranti misurando l’adattamento della maschera. Tutte queste informazioni vengono quindi trasmesse in modalità wireless a un’app per smartphone, che contiene una dashboard per il monitoraggio dello stato di salute in tempo reale. L’app può avvisare immediatamente l’utente quando si verificano inaspettatamente problemi, come un battito cardiaco elevato o una perdita nella maschera. I dati fisiologici potrebbero anche essere usati per prevedere la fatica, lo stato di salute fisica e lo stato emotivo.

Sebbene una minuscola batteria alimenterà il dispositivo, FaceBit è progettato per raccogliere energia da qualsiasi varietà di fonti ambientali, inclusa la forza del respiro dell’utente, il movimento e il calore dal respiro dell’utente e dal sole. Ciò prolunga la durata della batteria del sensore, allungando il tempo tra una ricarica e l’altra.

“Volevamo progettare una maschera facciale intelligente per gli operatori sanitari che non necessitasse di essere collegata in modo inopportuno durante il turno di lavoro”, ha affermato Josiah Hester della Northwestern  ,  che ha guidato lo sviluppo del dispositivo. “Abbiamo aumentato l’energia della batteria con la raccolta di energia da varie fonti, il che significa che puoi indossare la maschera per una o due settimane senza dover caricare o sostituire la batteria”.

La  ricerca è stata pubblicata la scorsa settimana  negli Proceedings of the ACM on Interactive Mobile Wearable and Ubiquitous Technologies. Nello studio, i ricercatori hanno scoperto che la precisione di FaceBit era simile ai dispositivi di livello clinico e la batteria è durata più di 11 giorni tra una ricarica e l’altra. Maggiori informazioni sono disponibili su  facebit.health .

Hester è un assistente professore di informatica, ingegneria informatica e ingegneria elettrica e il Breed Junior Professor of Design presso la McCormick School of Engineering della Northwestern  .

Approssimazione del fit test

Prima di progettare FaceBit, Hester e i suoi collaboratori hanno prima intervistato medici, infermieri e assistenti medici per comprendere meglio le loro esigenze di maschere facciali intelligenti. In una serie di sondaggi, tutti i medici hanno indicato che la qualità della vestibilità della maschera era la cosa più importante, specialmente quando si lavorava direttamente con pazienti con infezioni virali.

Per garantire che le loro maschere N95 siano adeguatamente sigillate al viso, gli operatori sanitari si sottopongono periodicamente a un “test di adattamento” di 20 minuti. Durante questo processo, gli operatori sanitari hanno prima indossato un respiratore N95 seguito da un cappuccio trasparente su tutta la testa. Un altro lavoratore quindi pompa nebbie aerosol dolci o amare nella cappa. La concentrazione dell’aerosol viene gradualmente aumentata all’interno della cappa fino a quando non può essere rilevata dalla persona che indossa il respiratore. Se chi lo indossa ha un sapore amaro o dolce prima di un certo numero di pompe aerosol, la maschera non è adeguatamente sigillata.

Sebbene FaceBit di Hester non possa ancora sostituire questo processo ingombrante, che è una sfida di lunga data nel settore medico, può garantire che la maschera mantenga un adattamento adeguato tra gli eventi di test. Se la maschera si allenta durante il giorno o se l’utente urta la maschera durante un’attività, ad esempio, FaceBit può avvisare chi la indossa.

“Se indossi una maschera per 12 ore o più, a volte il tuo viso può diventare insensibile”, ha detto Hester. “Potresti anche non renderti conto che la tua maschera è allentata perché non la senti o sei troppo esausto per notarlo. Possiamo approssimare il processo di test di adattamento misurando la resistenza della maschera. Se vediamo un improvviso calo della resistenza, ciò indica che si è formata una perdita e possiamo avvisare chi lo indossa”.

Biorilevamento incentrato sul viso

Ma FaceBit può valutare più della vestibilità della maschera: può anche monitorare la persona che indossa la maschera in tempo reale. Raccogliendo vari segnali fisiologici, come la frequenza cardiaca e respiratoria, FaceBit può aiutare chi lo indossa a comprendere meglio il proprio corpo al fine di prendere decisioni benefiche sulla salute. Tutte le informazioni sulla salute, inclusa la vestibilità della maschera e il tempo di utilizzo, vengono visualizzate sull’app per smartphone in dotazione.

Secondo Hester, ogni volta che il cuore di una persona batte, la testa si muove impercettibilmente. FaceBit può percepire quel movimento sottile e differenziarlo da altri movimenti per calcolare la frequenza cardiaca.

“Il tuo cuore sta spingendo molto sangue attraverso il corpo e la forza balistica è piuttosto forte”, ha detto Hester. “Siamo stati in grado di percepire quella forza mentre il sangue viaggia su un’arteria importante fino al viso”.

Poiché gli eventi stressanti possono suscitare risposte fisiologiche, inclusa la respirazione rapida, FaceBit può utilizzare tali informazioni per avvisare l’utente di fare una pausa, fare una passeggiata o fare dei respiri profondi per calmarsi. I sistemi ospedalieri potrebbero anche utilizzare questi dati per ottimizzare i turni e gli orari delle pause per i propri lavoratori. E poiché la frequenza cardiaca e la frequenza respiratoria sono così strettamente intrecciate tra loro, avere la capacità di monitorare entrambe senza sforzo potrebbe aprire nuove possibilità di ricerca.

Futuro senza batterie

Esperto di tecnologia sostenibile e senza batteria, Hester spera che il suo team o altri alla fine saranno in grado di rendere FaceBit completamente privo di batteria. Ora, il respiro e i movimenti di chi lo indossa o il sole possono prolungare la durata della batteria. Ma, in futuro, l’energia termica e cinetica raccolta potrebbe alimentare esclusivamente il dispositivo.

Sebbene il suo team abbia valutato il dispositivo su volontari in scenari del mondo reale, Hester ha affermato che FaceBit deve ancora essere sottoposto a studi clinici e convalida. Il team ha rilasciato il progetto come open source e hardware aperto in modo che altri possano costruire e convalidare il dispositivo.

“FaceBit fornisce un primo passo verso il rilevamento e l’inferenza sul viso pratici e offre un’opzione sostenibile, conveniente e confortevole per il monitoraggio sanitario generale per i lavoratori in prima linea COVID-19 e oltre”, ha affermato Hester. “Sono davvero entusiasta di consegnarlo alla comunità di ricerca per vedere cosa possono farci.”

Il progetto, “FaceBit: Smart Face Masks Platform”, è stato supportato dai Grants for Rapid Response Research della National Science Foundation per affrontare la pandemia di COVID-19 (numero del premio CNS-2032408).

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