可穿戴式傳感器

一剪梅

英國物理學(xué)家霍金于2018年去世，生前他患有進(jìn)展緩慢的肌萎縮側(cè)索硬化癥。疾病讓霍金與人交流存在障礙，后來，他借助一個(gè)紅外傳感器進(jìn)行交流，這一過程雖然有效，但要消耗一定時(shí)間，而且設(shè)備笨重，表達(dá)的準(zhǔn)確性也不太理想。

來自美國麻省理工學(xué)院的研究小組正在設(shè)計(jì)一種可穿戴式傳感器，讓病人更自然地交流。

這是一種可拉伸、類似皮膚的裝置。它可以附著在患者的臉上，測量患者抽搐或微笑等面部細(xì)微動(dòng)作。這款一次性可穿戴式傳感器不但柔軟輕便，具備可塑性，而且能夠以假亂真，因?yàn)樗鼙?，可以匹配任何膚色。借助它，患者將能夠傳達(dá)各種情感，包括“我愛你”或“我餓了”等。

這種傳感器使用四重壓電傳感器，嵌在薄薄的硅膠片內(nèi)。傳感器由氮化鋁制成，可以檢測皮膚的機(jī)械變形，并將其轉(zhuǎn)化為可以測量的電壓。來自傳感器的信息被發(fā)送到手持處理單元，處理單元使用研究人員設(shè)計(jì)的算法對其進(jìn)行面部動(dòng)作分析。

這項(xiàng)研究的目標(biāo)之一是讓肌萎縮側(cè)索硬化癥患者更容易與人溝通，而不需要笨重的設(shè)備。研究人員讓受試者進(jìn)行各種面部運(yùn)動(dòng)，并創(chuàng)建面部每個(gè)部位的應(yīng)變圖。應(yīng)變圖幫助研究人員確定在哪里可以找到正確的應(yīng)變水平。研究人員說，基于這些可檢測到的面部運(yùn)動(dòng)，可以創(chuàng)建與之相對應(yīng)的短語或單詞庫。研究人員通過測量皮膚變形訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法來區(qū)分微笑、張嘴和噘嘴。

研究人員在健康志愿者身上使用了一種叫作數(shù)字成像相關(guān)的方法，以便選擇最佳位置來放置傳感器。研究人員在被試者的臉上隨機(jī)標(biāo)注了黑白斑點(diǎn)，然后用多個(gè)攝像頭拍攝下他們的面部動(dòng)作，比如微笑、臉頰抽搐，或者讀字母。所拍攝的圖像由軟件處理，從而實(shí)現(xiàn)對動(dòng)作的解讀。使用這個(gè)算法，研究人員為兩個(gè)肌萎縮側(cè)索硬化癥患者測試了這些裝置，結(jié)果顯示它能準(zhǔn)確區(qū)分微笑、張嘴和噘嘴等不同的面部表情。

傳感器中使用的元件很容易大規(guī)模生產(chǎn)，研究人員計(jì)劃用更多的病人來測試它。他們認(rèn)為，除了幫助患者交流，該設(shè)備還可用于跟蹤患者病情的進(jìn)展或測量治療效果。