Atrás quedaron los días en que la gente usaba altavoces inteligentes, como Amazon Echo o Google Home, solo como temporizadores de cocina o reproductores de música para cenas. Estos dispositivos han comenzado a ayudar a las personas a realizar un seguimiento de su propia salud, e incluso puede controlar el paro cardíaco.

Ahora, investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una nueva habilidad de altavoz inteligente que permite que un dispositivo use ruido blanco para calmar a los bebés que duermen y monitorear su respiración y movimiento.

Con esta habilidad, llamado BreathJunior, el altavoz inteligente reproduce ruido blanco y registra cómo se refleja el ruido para detectar los movimientos respiratorios de los pequeños pechos de los bebés. Cuando los investigadores probaron BreathJunior con cinco bebés en la unidad de cuidados intensivos neonatales de un hospital local, detectó frecuencias respiratorias que coincidían estrechamente con las detectadas por los monitores de constantes vitales estándar. El equipo presentará sus hallazgos el 22 de octubre en la conferencia MobiCom 2019 en Los Cabos, México.

"Uno de los mayores desafíos que enfrentan los nuevos padres es asegurarse de que sus bebés duerman lo suficiente. También quieren monitorear a sus hijos mientras duermen. Con esto en mente, Buscamos desarrollar un sistema que combine un ruido blanco relajante con la capacidad de medir discretamente el movimiento y la respiración de un bebé. "dijo el coautor, el Dr. Jacob Sunshine, profesor asistente de anestesiología y medicina del dolor en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington.

Para facilitar las cosas a los nuevos padres, el equipo creó un sistema que podría ejecutarse en un altavoz inteligente que replica el hardware en un Amazon Echo.

"Los altavoces inteligentes son cada vez más frecuentes, y estos dispositivos ya tienen la capacidad de reproducir ruido blanco, "dijo el coautor Shyam Gollakota, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Paul G. Allen de la Universidad de Washington y director del grupo de informática para la salud de la Universidad de Washington. "Si pudiéramos usar esta función de ruido blanco como una forma sin contacto de monitorear los movimientos de manos y piernas de los bebés, respirando y llorando, entonces el altavoz inteligente se convierte en un dispositivo que puede hacerlo todo, lo cual es realmente emocionante ".

El ruido blanco es una combinación de diferentes frecuencias de sonido, que emite un sonido relajante aparentemente aleatorio que puede ayudar a ocultar otros ruidos que podrían despertar a un bebé dormido. Para utilizar el ruido blanco como monitor de respiración, el equipo necesitaba desarrollar un método para detectar pequeños cambios entre el ruido blanco que reproduce un altavoz inteligente y el ruido blanco que se refleja del cuerpo del bebé en la matriz de micrófonos del altavoz.

"Comenzamos transmitiendo una señal de ruido blanco aleatorio. Pero estamos generando esta señal aleatoria, para que sepamos exactamente cuál es la aleatoriedad, "dijo el primer autor Anran Wang, estudiante de doctorado en la Escuela Allen. "Esa señal se apaga y se refleja en el bebé. Luego, los micrófonos del altavoz inteligente obtienen una señal aleatoria. Como conocemos la señal original, podemos cancelar cualquier aleatoriedad de eso y luego nos quedamos solo con información sobre el movimiento del bebé ".

Detectar la respiración en los bebés tiene una arruga adicional:el movimiento de sus pechos es tan pequeño que el altavoz inteligente necesita saber exactamente dónde están los bebés para poder "verlos" respirar.

"La señal de respiración es tan débil que no podemos simplemente buscar un cambio en la señal general que recibimos, "Dijo Wang." Necesitábamos una forma de escanear la habitación y señalar dónde está el bebé para maximizar los cambios en la señal de ruido blanco ". Nuestro algoritmo aprovecha el hecho de que los altavoces inteligentes tienen una variedad de micrófonos que se pueden usar para enfocar en la dirección del pecho del bebé. Empieza a escuchar cambios en un montón de direcciones potenciales, y luego continúa la búsqueda hacia la dirección que da la señal más clara ".

BreathJunior rastrea tanto los movimientos pequeños, como el movimiento del pecho involucrado en la respiración, como los movimientos grandes, como los bebés que se mueven en sus cunas. También puede captar el sonido del llanto de un bebé.

El equipo creó un prototipo de altavoz inteligente para probar BreathJunior en un simulador infantil. Los investigadores podrían configurar el simulador para que respire a ritmos específicos, lo que les permitió probar qué tan bien detectaba BreathJunior una variedad de frecuencias respiratorias, desde 20 respiraciones lentas por minuto hasta 60 respiraciones por minuto. El simulador infantil también permitió al equipo probar si BreathJunior podía detectar patrones de respiración anormales. como la apnea, que son comunes en los bebés que nacen antes de tiempo y pueden no haber desarrollado centros respiratorios en sus cerebros. El sistema funcionó bien para ambas pruebas.

Luego, el equipo probó qué tan bien su prototipo rastreaba la respiración de bebés reales en la unidad de cuidados intensivos neonatales o UCIN. Estos bebés están conectados a cables, monitores respiratorios de grado hospitalario, para que el equipo pudiera comparar sus lecturas con las de BreathJunior. El sistema pudo identificar con precisión frecuencias respiratorias de hasta 65 respiraciones por minuto.

"Los bebés en la UCIN tienen más probabilidades de tener una frecuencia respiratoria bastante alta o muy lenta, razón por la cual la UCIN monitorea su respiración tan de cerca, ", Dijo Sunshine." BreathJunior tiene potencial para los padres que desean utilizar el ruido blanco para ayudar a sus hijos a dormir y que también quieren una forma de controlar la respiración y el movimiento de sus hijos. También tiene atractivo como herramienta para monitorear la respiración en el subconjunto de bebés en los que la monitorización respiratoria domiciliaria está clínicamente indicada. así como en entornos hospitalarios donde los médicos desean utilizar la monitorización respiratoria sin cables.

"Sin embargo, Es muy importante señalar que la Academia Estadounidense de Pediatría recomienda no utilizar un monitor que se promocione a sí mismo como reductor del riesgo de síndrome de muerte súbita del lactante. y esta investigación y el equipo no hacen tal afirmación ".

Si bien BreathJunior actualmente usa ruido blanco para rastrear la respiración y el movimiento, a los investigadores les gustaría ampliar sus capacidades para que también pudiera utilizar otros sonidos relajantes como canciones de cuna.

El equipo planea comercializar esta tecnología a través de un spinout de UW, Ciencias de la vida sana, C ª.

"En tan solo unos años, Hemos recorrido un largo camino desde el monitoreo de grandes movimientos en adultos hasta la extracción del pequeño movimiento de la respiración de un bebé recién nacido. ", Dijo Gollakota." Esto ha sido posible gracias a las innovaciones algorítmicas, así como a los avances en el hardware de los altavoces inteligentes. Mirando hacia el futuro, uno puede imaginar la transformación de un altavoz inteligente en un 'tricorder médico' que puede monitorear sin contacto una variedad de signos vitales más allá de la simple respiración ".