Já se foi o tempo em que as pessoas usavam alto-falantes inteligentes - como Amazon Echo ou Google Home - apenas como cronômetros de cozinha ou tocadores de música para festas de jantar. Esses dispositivos começaram a ajudar as pessoas a rastrear sua própria saúde, e pode até monitorar uma parada cardíaca.

Agora, pesquisadores da Universidade de Washington desenvolveram uma nova habilidade de alto-falante inteligente que permite que um dispositivo use ruído branco para acalmar bebês dormindo e monitorar sua respiração e movimento.

Com esta habilidade, chamado BreathJunior, o alto-falante inteligente reproduz ruído branco e registra como o ruído é refletido de volta para detectar os movimentos respiratórios do peito minúsculo dos bebês. Quando os pesquisadores testaram o BreathJunior com cinco bebês em uma unidade de terapia intensiva neonatal de um hospital local, ele detectou frequências respiratórias que se aproximam das taxas detectadas por monitores de sinais vitais padrão. A equipe apresentará suas descobertas em 22 de outubro na conferência MobiCom 2019 em Los Cabos, México.

"Um dos maiores desafios que os novos pais enfrentam é garantir que seus bebês durmam o suficiente. Eles também querem monitorar seus filhos enquanto estão dormindo. Com isso em mente, buscamos desenvolver um sistema que combina ruído branco suave com a capacidade de medir discretamente o movimento e a respiração de uma criança, "disse o co-autor Dr. Jacob Sunshine, professor assistente de anestesiologia e analgésicos na UW School of Medicine.

Para facilitar as coisas para os novos pais, a equipe fez um sistema que pode funcionar em um alto-falante inteligente que replica o hardware de um Amazon Echo.

"Alto-falantes inteligentes estão se tornando cada vez mais comuns, e esses dispositivos já têm a capacidade de reproduzir ruído branco, "disse o co-autor Shyam Gollakota, professor associado da Escola Paul G. Allen de Ciência e Engenharia da Computação da UW e diretor do grupo de computação para saúde da UW. "Se pudéssemos usar esse recurso de ruído branco como uma forma sem contato de monitorar os movimentos das mãos e pernas dos bebês, respirando e chorando, então o alto-falante inteligente se torna um dispositivo que pode fazer tudo, o que é realmente empolgante. "

O ruído branco é uma combinação de diferentes frequências de som, que emite um som calmante aparentemente aleatório que pode ajudar a encobrir outros ruídos que podem acordar um bebê dormindo. Para usar o ruído branco como monitor de respiração, a equipe precisava desenvolver um método para detectar pequenas mudanças entre o ruído branco que um alto-falante inteligente reproduz e o ruído branco que é refletido de volta do corpo do bebê para o conjunto de microfones do alto-falante.

"Começamos transmitindo um sinal de ruído branco aleatório. Mas estamos gerando esse sinal aleatório, então sabemos exatamente qual é a aleatoriedade, "disse o primeiro autor Anran Wang, estudante de doutorado na Allen School. "Esse sinal sai e reflete no bebê. Em seguida, os microfones do alto-falante inteligente recebem um sinal aleatório. Como conhecemos o sinal original, podemos cancelar qualquer aleatoriedade disso e, em seguida, ficamos com apenas informações sobre o movimento do bebê. "

Detectar a respiração em bebês tem uma ruga extra:o movimento de seus peitos é tão pequeno que o alto-falante inteligente precisa saber exatamente onde os bebês estão para poder "vê-los" respirando.

"O sinal de respiração está tão fraco que não podemos apenas procurar uma mudança no sinal geral que recebemos, "Disse Wang." Precisávamos de uma forma de examinar a sala e apontar onde o bebê está para maximizar as mudanças no sinal de ruído branco. Nosso algoritmo aproveita o fato de que os alto-falantes inteligentes têm uma série de microfones que podem ser usados ​​para focalizar na direção do peito do bebê. Ele começa a ouvir mudanças em várias direções possíveis, e então continua a busca na direção que dá o sinal mais claro. "

BreathJunior rastreia pequenos movimentos - como o movimento do peito envolvido na respiração - e grandes movimentos - como bebês se movendo em seus berços. Ele também pode captar o som de um bebê chorando.

A equipe criou um protótipo de alto-falante inteligente para testar o BreathJunior em um simulador infantil. Os pesquisadores podem configurar o simulador para respirar em taxas específicas, o que lhes permitiu testar o quão bem o BreathJunior detectou uma variedade de taxas respiratórias - de lentas 20 respirações por minuto a 60 respirações por minuto. O simulador infantil também permitiu que a equipe testasse se BreathJunior poderia detectar padrões respiratórios anormais, como apnéia, que são comuns em bebês que nascem cedo e podem não ter desenvolvido centros respiratórios em seus cérebros. O sistema teve um bom desempenho em ambos os testes.

Em seguida, a equipe testou como seu protótipo rastreou a respiração de bebês reais na unidade de terapia intensiva neonatal ou UTIN. Esses bebês estão conectados a fios, monitores respiratórios de nível hospitalar, para que a equipe pudesse comparar suas leituras com as de BreathJunior. O sistema foi capaz de identificar com precisão as taxas respiratórias de até 65 respirações por minuto.

"Os bebês na UTIN são mais propensos a ter taxas de respiração muito altas ou muito lentas, é por isso que a UTIN monitora sua respiração tão de perto, "Sunshine disse." BreathJunior tem potencial para os pais que querem usar o ruído branco para ajudar seus filhos a dormir e que também querem uma maneira de monitorar a respiração e os movimentos de seus filhos. Ele também tem apelo como uma ferramenta para monitorar a respiração no subgrupo de bebês para os quais o monitoramento respiratório domiciliar é clinicamente indicado, bem como em ambientes hospitalares onde os médicos desejam usar monitoramento respiratório sem fio.

"Contudo, é muito importante observar que a American Academy of Pediatrics recomenda não usar um monitor que se auto-comercialize para reduzir o risco de síndrome de morte súbita infantil, e esta pesquisa e a equipe não fazem tal afirmação. "

Embora BreathJunior atualmente use ruído branco para rastrear a respiração e o movimento, os pesquisadores gostariam de expandir suas capacidades para que ele também pudesse usar outros sons suaves, como canções de ninar.

A equipe planeja comercializar essa tecnologia por meio de um spinout UW, Sound Life Sciences, Inc.

"Em apenas alguns anos, percorremos um longo caminho desde o monitoramento de grandes movimentos em adultos até a extração do minúsculo movimento da respiração de um recém-nascido, "Gollakota disse." Isso foi possível devido às inovações algorítmicas, bem como aos avanços no hardware de alto-falantes inteligentes. Olhando para a frente, pode-se imaginar a transformação de um alto-falante inteligente em um 'tricorder médico' que pode monitorar sem contato uma variedade de sinais vitais além de apenas respirar. "