مهندسان دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز سیستمی توسعه داده‌اند که سیگنال‌های بی‌سیم روزمره را به یک ابزار پزشکی تبدیل می‌کند.

فناوری موسوم به پالس-فای (Pulse-Fi) در دانشگاه کالیفرنیا، سانتاکروز نشان می‌دهد که تراشه‌های ارزان‌قیمت وای‌فای می‌توانند بدون نیاز به استفاده از ابزار پوشیدنی، ضربان قلب را با دقت بالینی اندازه‌گیری کنند.

به نقل از آی‌ای، وای‌فای شما حالا می‌تواند کاری فراتر از پخش فیلم انجام دهد؛ می‌تواند ضربان قلبتان را اندازه‌ بگیرد.

این پژوهش «اثبات مفهوم» نشان می‌دهد که یک فرستنده و گیرنده ساده وای‌فای می‌توانند بدون نیاز به ساعت هوشمند، بند سینه یا مانیتور بیمارستانی، ضربان قلب را با دقتی در سطح بالینی اندازه‌گیری کنند.

این فناوری که پالس-فای نام دارد، از سخت‌افزارهای ارزان‌قیمتی استفاده می‌کند که همین حالا هم در خانه‌ها و محل‌های کار وجود دارد.

یادگیری ماشینی در خدمت ضربان قلب

با به‌کارگیری الگوریتم‌های یادگیری ماشینی روی سیگنال‌های وای‌فای، این سیستم تغییرات بسیار ضعیفی را که ناشی از ضربان قلب هستند، شناسایی می‌کند و نویزهای پس‌زمینه مثل حرکت یا تداخل محیطی را حذف می‌کند.

پژوهشگران این سیستم را روی ۱۱۸ داوطلب آزمایش کردند و نتایجی تقریبا یکسان با مانیتورهای سنتی به دست آوردند. پالس-فای تنها پس از پنج ثانیه پردازش سیگنال، توانست ضربان قلب را با حاشیه خطای نیم ضربه در دقیقه اندازه‌گیری کند.

پایش طولانی‌تر، دقت را حتی بیشتر هم کرد؛ صرف‌نظر از اینکه شرکت‌کنندگان نشسته، ایستاده، دراز کشیده یا در حال راه رفتن بودند.

وای‌فای ضربان را دریافت می‌کند

ضربان قلب یکی از ابتدایی‌ترین شاخص‌های سلامت است که به استرس، آب‌رسانی بدن و آمادگی جسمانی مرتبط است. اما معمولا نیاز به پوشیدنی‌ها یا دستگاه‌های بالینی برای پایش دارد. پالس-فای آینده‌ای را پیشنهاد می‌دهد که در آن مودم‌های وای‌فای به ابزارهای پایش سلامت غیرتهاجمی تبدیل می‌شوند.

نایان باتیا، دانشجوی دکترا که همراه با کاتیا اوبراچکا استاد علوم رایانه، پروژه را هدایت کرده، می‌گوید: نتایج ما نشان می‌دهد این کار می‌تواند در محیط‌های روزمره، بدون نیاز به موقعیت‌گذاری خاص یا تجهیزات گران‌قیمت عمل کند.

این گروه از تراشه‌های ESP۳۲ فوق‌العاده ارزان (با قیمت ۵ تا ۱۰ دلار) و بردهای Raspberry Pi با قیمت حدود ۳۰ دلار استفاده کرد. حتی در این بازه‌های قیمتی پایین هم سیستم دقیق عمل کرد. پژوهشگران می‌گویند اگر از مودم‌های تجاری-سطح بالا استفاده شود، احتمالا عملکرد بسیار بهتر خواهد بود.

زندگی دوباره برای سیگنال‌های وای‌فای

این سیستم با تحلیل رفتار امواج فرکانس رادیویی هنگامی که از فضا عبور می‌کنند، کار می‌کند. وقتی سیگنال‌های وای‌فای به بدن انسان برخورد می‌کنند، بخشی از آن جذب و بخشی پراکنده می‌شود.

یک ضربان قلب باعث تغییرات بسیار ظریف، اما قابل تشخیصی در این سیگنال‌ها می‌شود. الگوریتم‌های پالس-فای یاد گرفتند این تغییرات را شناسایی کنند، با آموزش دیدن روی داده‌های واقعی‌ای که با اکسی‌مترهای استاندارد جمع‌آوری شده بود.

برای ساخت یک پایگاه داده، پژوهشگران آزمایش‌هایی را در کتابخانه علوم و مهندسی دانشگاه سانتاکروز ترتیب دادند. آن‌ها نوسانات سیگنال وای‌فای را با اندازه‌گیری‌های واقعی ضربان قلب مقایسه کردند و به شبکه‌ عصبی خود آموزش دادند تا میان این دو ارتباط برقرار کند. این گروه همچنین روش خود را با یک پایگاه داده موجود از پژوهشگران برزیلی که از دستگاه‌های Raspberry Pi استفاده کرده بودند، آزمایش کردند و بار دیگر دقت آن را تأیید کردند.

فراتر از ضربان

این گروه هم ‌اکنون در حال کار روی گسترش سیستم برای پایش نرخ تنفس است؛ چیزی که می‌تواند در تشخیص بیماری‌هایی مانند آپنه خواب کمک‌کننده باشد. نتایج اولیه و منتشرنشده امیدبخش بوده است.

آن‌ها همچنین دریافتند که پالس-فای می‌تواند ضربان قلب را از فاصله‌ سه متری هم به‌طور دقیق اندازه‌گیری کند و به لطف مدل یادگیری ماشینی عملکرد آن با فاصله افت نمی‌کند.

ما دریافتیم فاصله اساسا هیچ تأثیری ندارد، چرا که فاصله یک چالش بزرگ برای روش‌های قبلی بود.