ALS 환자의 의사 소통을 돕는 웨어러블 센서

근위축성 측삭 경화증(ALS)이 있는 사람들은 근육을 제어하는 ​​능력이 점진적으로 저하됩니다. 그 결과, 그들은 종종 말하는 능력을 잃어 다른 사람들과 의사 소통하는 데 어려움을 겪습니다. 연구원 팀은 경련이나 미소와 같은 작은 움직임을 측정하기 위해 환자의 얼굴에 부착할 수 있는 신축성 있고 피부와 같은 장치를 설계했습니다. 이 접근 방식을 사용하여 환자는 장치에서 측정하고 해석하는 작은 움직임으로 다양한 감정을 전달할 수 있습니다.

연구원들은 이 장치를 통해 환자가 부피가 큰 장비를 다룰 필요 없이 보다 자연스러운 방식으로 의사 소통할 수 있기를 희망합니다. 부드러운 일회용 웨어러블 센서는 얇으며 메이크업으로 위장하여 어떤 피부 톤에도 매치할 수 있어 눈에 거슬리지 않습니다. 이 장치의 초기 버전은 두 명의 ALS 환자를 대상으로 테스트했으며 미소, 열린 입, 오므린 입술의 세 가지 표정을 정확하게 구별할 수 있음을 보여주었습니다.

이 장치는 얇은 실리콘 필름에 내장된 4개의 압전 센서로 구성됩니다. 질화알루미늄으로 만들어진 센서는 피부의 기계적 변형을 감지하고 이를 쉽게 측정할 수 있는 전압으로 변환할 수 있다. 이러한 구성 요소는 모두 대량 생산이 쉽기 때문에 연구원들은 각 장치의 가격이 약 $10일 것으로 추정합니다.

팀은 건강한 지원자에 대한 디지털 이미징 상관 관계라는 프로세스를 사용하여 센서를 배치할 가장 유용한 위치를 선택할 수 있도록 했습니다. 그들은 얼굴에 무작위로 흑백 반점 패턴을 칠한 다음 여러 대의 카메라로 피사체가 미소 짓거나 뺨을 쓰다듬거나 특정 글자의 모양을 입에 넣는 것과 같은 얼굴 동작을 수행할 때 해당 영역의 많은 이미지를 찍었습니다. 이미지는 단일 영역에서 경험한 변형의 양을 결정하기 위해 작은 점이 서로 어떻게 움직이는지를 분석하는 소프트웨어로 처리되었습니다.

그들은 또한 미소, 열린 입, 오므린 입술을 구별하는 기계 학습 알고리즘을 훈련하기 위해 피부 변형 측정을 사용했습니다. 이 알고리즘을 사용하여 두 명의 ALS 환자를 대상으로 장치를 테스트했으며 이러한 서로 다른 움직임을 구별하는 데 약 75%의 정확도를 달성할 수 있었습니다. 건강한 피험자의 정확도는 87%였습니다.

이러한 감지 가능한 얼굴 움직임을 기반으로 다양한 움직임 조합에 해당하는 문구 또는 단어 라이브러리를 만들 수 있습니다. 기술적으로 수천 개의 메시지가 생성될 수 있습니다. 센서의 정보는 얼굴 움직임을 구별하도록 훈련된 알고리즘을 사용하여 분석하는 휴대용 처리 장치로 전송됩니다. 현재 프로토타입에서는 이 장치가 센서에 유선으로 연결되어 있지만 더 쉽게 사용할 수 있도록 무선으로 연결할 수도 있습니다.

환자의 의사 소통을 돕는 것 외에도 이 장치는 환자의 질병 진행을 추적하거나 환자가 받고 있는 치료가 효과가 있는지 측정하는 데에도 사용할 수 있습니다.