స్ట్రెచబుల్ ప్యాచ్ టెక్నాలజీ వాయిస్ డిజార్డర్స్‌తో ప్రసంగానికి మద్దతు ఇస్తుంది

చాలా మందికి, మాట్లాడలేకపోవడం ఒక ముఖ్యమైన సమస్య. యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లో వాయిస్ డిజార్డర్స్‌పై 2014లో జరిపిన ఒక అధ్యయనం ఇలా కనుగొంది: దాదాపు 18 మిలియన్ల పెద్దలు వారు తమ స్వర మార్గాలను ఉపయోగించి మాట్లాడటం కష్టంగా ఉన్నప్పటికీ, సమూహంలో సగం కంటే ఎక్కువ మంది ఒక వారం కంటే ఎక్కువ కాలం భాషా బలహీనతను అనుభవించారు.

కొత్త నాన్-ఇన్వాసివ్, స్వీయ-శక్తితో ధరించగలిగే పరికరాలు ఈ వైద్య అవసరాన్ని పరిష్కరించడానికి ఒక సంభావ్య మార్గాన్ని అందిస్తాయి. సాంకేతికత ఒక వ్యక్తి మెడపై ఉంచిన తేలికపాటి ప్యాచ్‌ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది వ్యక్తి మెడ కదలికను కొలుస్తుంది. ఆఫ్-డివైస్ ప్రాసెసర్ ఈ సిగ్నల్‌లను ఆడియోగా మారుస్తుంది, అది మానవ స్వరం స్థానంలో ప్లే చేయబడుతుంది.

“ఈ పదార్ధం కండరాల కదలికను విద్యుత్తుగా మార్చినట్లే, ఇది ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేసే పరికరాలలో యాంత్రిక వైబ్రేషన్‌లకు ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌గా విద్యుత్తును ప్రేరేపిస్తుంది.” -జూన్ చెన్, UCLA

పరిశోధన బృందంUCLAలో బయోమెడికల్ ఇంజనీరింగ్ అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్ జున్ చెన్ నేతృత్వంలోని పరిశోధనా బృందం మెడ కండరాల యొక్క సూక్ష్మ కదలికలను కొలిచే సౌకర్యవంతమైన, విద్యుదయస్కాంతంగా ప్రతిస్పందించే ధరించగలిగినదాన్ని అభివృద్ధి చేసింది. స్వీయ-శక్తితో కూడిన సెన్సింగ్ ప్యాచ్ కాకుండా దిగువ పరికరం, ఆపై కాన్ఫిగర్ చేయబడిన పదబంధ నిఘంటువును గుర్తించడానికి శిక్షణ పొందిన మెషీన్ లెర్నింగ్ అల్గారిథమ్‌ను ఉపయోగించి ప్యాచ్ ద్వారా గ్రహించబడిన కండరాల కదలికలను ప్రసంగంలోకి డీకోడ్ చేస్తుంది.

స్వర తంతు పక్షవాతం కలిగించే గాయాలు లేదా అనారోగ్యాలు ఉన్న వ్యక్తులకు, అలాగే స్వరపేటిక (స్వరపేటికను తొలగించడం, కంపించే కండరాలను కలిగి ఉన్న స్వరపేటికను తొలగించడం) వంటి శస్త్రచికిత్స చేయించుకున్న వ్యక్తులకు కొన్ని లేదా అన్ని స్వర తంతువులను తొలగించడానికి ఈ సాంకేతికత ఉపయోగపడుతుంది. ప్రయోజనాలను కూడా తీసుకురావచ్చు.

అయినప్పటికీ, ప్లే చేయగల వాక్యాల సంఖ్య ద్వారా పరికరం పనితీరు పరిమితం చేయబడింది. ప్రస్తుత ప్రోటోటైప్ AI మోడల్ కింది ఐదు వాక్యాల మధ్య ఎంచుకుంటుంది: “ప్రయోగం పని చేస్తుందని నేను ఆశిస్తున్నాను!” “మెర్రీ క్రిస్మస్!”; “నేను నిన్ను ప్రేమిస్తున్నాను!”; మరియు “నేను నిన్ను నమ్మను.” మెడ కదలికల ఆధారంగా శిక్షణ పొంది పరీక్షించబడింది. సబ్జెక్టులు ఎలాంటి శబ్దాలు చేయకుండా మాట్లాడుతున్నట్లుగా తలలు కదిలించాలన్నారు.

వాయిస్ లేని వారి కోసం మెడికల్ టెక్నాలజీ ఎంపికలు

కొత్త పరికరం స్వర తంతు వ్యాధికి చికిత్స చేయడానికి ఇతర వైద్య సాంకేతికతలను కలుపుతుంది, కృత్రిమ స్వరపేటికలు మరియు కోల్పోయిన స్వర తంతువుల కదలికను పునఃసృష్టి చేయడానికి మెడను కంపించే వాయిస్ జనరేటర్‌లు ఉన్నాయి. UCLA ప్యాచ్ ఈ సమస్యను వేరొక విధంగా చేరుకుంటుంది, వినియోగదారు యొక్క నిశ్శబ్ద మెడ కండరాల కార్యకలాపాలను కంప్యూటర్-సృష్టించిన ఆడియోగా మారుస్తుంది.

UCLA ప్రాజెక్ట్‌తో అనుబంధించబడని వైద్య పరికరాల కంపెనీ అటోస్ మెడికల్‌లో క్లినికల్ ఎడ్యుకేటర్ డాక్టర్ బార్బరా మెస్సింగ్, వాయిస్ అసిస్ట్ డివైజ్‌ల రంగానికి ఈ కొత్త విధానం స్వాగతించదగినదన్నారు. ఇది మంచిది, ”అని మెస్సింగ్ చెప్పారు. “వాయిస్ ప్రొస్థెసిస్ అనేది స్వరపేటిక శస్త్రచికిత్స చేయించుకున్న రోగులకు బంగారు ప్రమాణం, కానీ ఇది రోగులందరికీ కాదు. రోగులకు మరిన్ని ఎంపికలను కలిగి ఉండటం వారి జీవన నాణ్యతను మెరుగుపరుస్తుంది. మనమందరం కోరుకునేది అదే.”

వినియోగదారు మాట్లాడని వాయిస్ వినిపించేలా చేయడానికి, పరికరం ఉద్వేగభరితమైన కండరాల కదలిక సంకేతాలను బాహ్య ప్రాసెసర్‌లో నడుస్తున్న మెషీన్ లెర్నింగ్ మోడల్‌కు పంపుతుంది. నిర్దిష్ట సంఖ్యలో ముందే నిర్వచించిన వాక్యాలకు అనుగుణంగా ఉండే కండరాల కదలికల నమూనాలను గుర్తించడానికి మోడల్ శిక్షణ పొందింది. ఇది ఈ పదబంధాలలో ఒకదాన్ని గుర్తించినప్పుడు, ప్రాసెసర్ వాక్యాన్ని ప్లే చేయడానికి పాచ్ యొక్క ఉపరితలాన్ని స్పీకర్‌గా కంపిస్తుంది. “ఈ పదార్ధం కండరాల కదలికలను విద్యుత్తుగా మార్చినట్లే, ఇది పరికరంలోని మెకానికల్ వైబ్రేషన్‌లలోకి ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌గా విద్యుత్‌ను నిర్దేశిస్తుంది, ధ్వనిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది” అని చెన్ చెప్పారు.

పరిశోధకులు AI-శక్తితో కూడిన వాయిస్ ప్యాచ్‌ను అభివృద్ధి చేశారు, ఇది గొంతుపై నాన్-ఇన్వాసివ్‌గా వర్తించబడుతుంది. ఒక సన్నని అయస్కాంత ఇండక్షన్ కాయిల్ మరియు దానిలోని సౌకర్యవంతమైన అయస్కాంత పదార్థం మెడ మరియు గొంతు కదలికలను అంచనా వేయడానికి చర్మం కింద పని చేస్తుంది. జున్ చెన్ ల్యాబ్/UCLA

ఒక పాచ్ సృష్టిస్తోంది

సిస్టమ్ యొక్క గొంతు పాచ్ చెన్ సమూహం నుండి కొత్త మెటీరియల్ సైన్స్ పరిశోధనను వర్తింపజేస్తుంది, ఇది మాగ్నెటోలాస్టిసిటీ అని పిలువబడే ఒక ఆస్తిని దోపిడీ చేస్తుంది, దీనిలో పదార్థం యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రం విస్తరించినప్పుడు లేదా కుదించబడినప్పుడు దాని బలం మారుతుంది. రెగ్యులర్ రోజువారీ కార్యకలాపాలు మరియు మెడ కదలికలు ప్యాచ్ సాగడానికి కారణమవుతాయి, అంతర్నిర్మిత సౌకర్యవంతమైన ఇండక్షన్ కాయిల్ ద్వారా కొలవబడే అయస్కాంత క్షేత్రంలో మార్పులను సృష్టిస్తుంది. వినియోగదారు మెడ కండరాల యొక్క నిమిషం 3D కదలికలను నిష్క్రియాత్మకంగా గ్రహించడానికి ఈ పదార్థాలు కలిసి పనిచేస్తాయి.

19వ శతాబ్దం నుండి లోహ పదార్థాలలో మాగ్నెటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాలు గమనించబడ్డాయి, అయితే అటువంటి పదార్థాల దృఢత్వం మానవ మెడ కండరాల సంకోచం మరియు విస్తరణను కొలవడం వంటి జీవసంబంధమైన అనువర్తనాలను కష్టతరం చేసింది. కఠినమైన మాగ్నెటోలాస్టిక్ పదార్థం యొక్క కణాలను ఫ్లెక్సిబుల్ పాలిమర్ షీట్‌లలో పొందుపరచడం ద్వారా అత్యంత సాగదీయగల పదార్థాలను మాగ్నెటోలాస్టిక్‌గా మార్చే మార్గాన్ని చెన్ సమూహం కనుగొంది.

కొత్త మాగ్నెటోఎలాస్టిక్ మెటీరియల్ యొక్క సౌలభ్యం వినియోగదారు మెడ కండరాలకు దగ్గరగా అతుక్కోవడానికి మరియు గతంలో తెలిసిన మాగ్నెటోఎలాస్టిక్ పదార్థాలతో తయారు చేయబడిన ఇలాంటి సెన్సార్‌లతో సాధ్యం కాని విధంగా వారి కదలికలను ఖచ్చితంగా ట్రాక్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది. సున్నితత్వాన్ని మరింత పెంచడానికి, పరిశోధకులు పదార్థాన్ని కిరిగామి నమూనాగా (కత్తిరించే ఓరిగామి లాంటి పేపర్ క్రాఫ్ట్) రూపొందించారు, సెన్సార్ చిన్న స్ట్రెచ్‌లు మరియు విక్షేపాలతో సమానంగా పనిచేయడానికి అనుమతిస్తుంది.

ముందుకు వెళుతున్నప్పుడు, సమూహం తన పరిశోధనను వైద్య పరికరాలకు వర్తింపజేయడానికి పని చేస్తుంది, చెన్ చెప్పారు. “భవిష్యత్తులో, మేము పరికరాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయాలనుకుంటున్నాము మరియు భారీ ఉత్పత్తి కోసం తయారీ విధానాన్ని ప్రామాణీకరించాలనుకుంటున్నాము” అని చెన్ చెప్పారు. “అనువాద పదజాలం మరియు ఖచ్చితత్వాన్ని పెంచడానికి మేము సాఫ్ట్‌వేర్ మరియు హార్డ్‌వేర్‌లను మెరుగుపరచాలి మరియు పరికరాలను మరింత వినియోగదారు-స్నేహపూర్వకంగా మార్చాలి. ఈ సమస్యలన్నీ ఒక్కొక్కటిగా పరిష్కరించబడాలి,” అని చెన్ అధ్యయనంలో చెప్పారు. సమూహంగా ఉంటుందని అతను అంచనా వేసాడు. పని చేసే వైద్య పరికరాన్ని “మూడు నుండి ఐదు సంవత్సరాలలోపు” ఉత్పత్తి చేయగలదు.

పరిశోధకులు తమ పరిశోధనలను ఈ నెల ప్రారంభంలో పత్రికలో ప్రచురించారు నేచర్ కమ్యూనికేషన్స్.