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(noticias nanowerk) Las personas con trastornos de la voz, incluidas aquellas con patologías de las cuerdas vocales o que se están recuperando de una cirugía de cáncer de garganta, a menudo tienen dificultad o imposibilidad de hablar. Esto podría cambiar pronto.
Un equipo de ingenieros de UCLA ha inventado un dispositivo suave, delgado y elástico que mide poco más de 1 pulgada cuadrada y que se puede colocar en la piel fuera de la garganta para ayudar a las personas con cuerdas vocales disfuncionales a recuperar la función de la voz.
Tu progreso se detallará en el diario. comunicación de la naturaleza (“Hablar sin cuerdas vocales utilizando un sistema de sensor-actuador portátil impulsado por aprendizaje automático”).
El nuevo sistema bioeléctrico, desarrollado por Jun Chen, profesor asistente de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, y sus colegas, es capaz de detectar movimientos en los músculos de la laringe de una persona y convertir estas señales en audibles utilizando sistemas de máquinas que convierten el lenguaje. Tecnología de aprendizaje: con casi un 95% de precisión.
El avance es el último en los esfuerzos de Chen para ayudar a las personas con discapacidad. Su equipo desarrolló previamente un guante portátil que puede traducir el lenguaje de señas americano al inglés en tiempo real para ayudar a los usuarios de ASL a comunicarse con personas que no pueden señas.
El pequeño y nuevo dispositivo parecido a un parche consta de dos componentes. Uno de ellos es un componente sensor autoalimentado que detecta señales generadas por movimientos musculares y las convierte en señales eléctricas analizables con alta fidelidad. Estas señales eléctricas luego se traducen en señales de voz mediante un algoritmo de aprendizaje automático. El otro, un componente de actuación, convierte estas señales del habla en la expresión vocal deseada.
Cada uno de los dos componentes contiene dos capas: una capa hecha del compuesto de silicona biocompatible polidimetilsiloxano (PDMS) con propiedades elásticas y una capa de inducción magnética hecha de bobinas de inducción de cobre. Entre los dos componentes hay una quinta capa que contiene PDMS mezclado con microimanes que crean un campo magnético.
Utilizando un mecanismo de detección magnetoelástico suave desarrollado por el equipo de Chen en 2021 (Materiales naturales, “Efecto magnetoelástico gigante en sistemas blandos para bioelectrónica”), el dispositivo es capaz de detectar cambios en el campo magnético cuando éste es alterado por fuerzas mecánicas, en este caso el movimiento de los músculos de la laringe. Las bobinas de inducción serpentinas integradas en las capas magnetoelásticas ayudan a generar señales eléctricas de alta precisión con fines de detección.
Con una longitud lateral de 1,2 pulgadas, el dispositivo pesa alrededor de 7 gramos y tiene sólo 0,06 pulgadas de grosor. Utilizando cinta biocompatible de doble cara, se puede fijar fácilmente al cuello de una persona cerca de las cuerdas vocales y se puede reutilizar volviendo a aplicar la cinta si es necesario.
Los trastornos de la voz ocurren en todas las edades y poblaciones; Las investigaciones han demostrado que casi el 30% de las personas experimentan al menos uno de estos trastornos durante su vida. Sin embargo, con enfoques terapéuticos como la cirugía y la terapia de la voz, la recuperación vocal puede tardar entre tres meses y un año, y algunas técnicas invasivas requieren un período significativo de descanso vocal posoperatorio obligatorio.
«Las soluciones existentes, como los dispositivos electrolaríngeos portátiles y los procedimientos de punción traqueoesofágica, pueden ser inconvenientes, invasivos o inconvenientes», afirmó Chen, que dirige el Grupo de Investigación de Bioelectrónica Portátil de la UCLA y ha sido nombrado uno de los investigadores más citados del mundo durante cinco años consecutivos. «Este nuevo dispositivo proporciona una opción portátil y no invasiva que puede ayudar a los pacientes a comunicarse en el período previo al tratamiento y durante el período de recuperación posterior al tratamiento de los trastornos de la voz».
En sus experimentos, los investigadores probaron la tecnología portátil en ocho adultos sanos. Recolectaron datos sobre el movimiento de los músculos de la laringe y utilizaron un algoritmo de aprendizaje automático para asociar las señales resultantes con palabras específicas. Luego seleccionaron una señal de voz de salida correspondiente utilizando el componente de actuación del dispositivo.
El equipo de investigación demostró la precisión del sistema haciendo que los participantes dijeran cinco oraciones en voz alta y sin voz, incluyendo «Hola Rachel, ¿cómo estás hoy?» y ¡Te amo!
La precisión de predicción general del modelo fue del 94,68%, con la señal vocal de los participantes amplificada por el componente de actuación, lo que demuestra que el mecanismo de detección reconoció su señal de movimiento laríngeo y coincidió con la oración correspondiente que los participantes querían decir.
En el futuro, el equipo de investigación planea ampliar aún más el vocabulario del dispositivo mediante el aprendizaje automático y probarlo en personas con trastornos del habla.
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