Pesquisadores inventam máscara inteligente para rastrear sons respiratórios para identificação de doenças respiratórias

O uso de máscaras faciais foi reconhecido como uma das maneiras mais eficazes de impedir a propagação do COVID-19, mesmo em sua próxima fase endêmica. Além da função convencional das máscaras, o potencial das máscaras inteligentes para monitorar os sinais fisiológicos humanos está sendo cada vez mais explorado. Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade da Cidade de Hong Kong (CityU) inventou recentemente uma máscara inteligente, integrando um sensor de ondas sonoras baseado em estrutura de esponja nanocomposta ultrafina, capaz de detectar sons respiratórios de respiração, tosse e fala.

Usando algoritmos de aprendizado de máquina e um sensor de ondas sonoras de alta sensibilidade operável em uma ampla largura de banda, a máscara inteligente abriu novos caminhos para sua aplicação na identificação de doenças respiratórias, bem como uma ferramenta de interação por voz. Essa tecnologia vestível ultraleve também tem o potencial de melhorar o uso pessoal e saúde pública permitindo o monitoramento prolongado e sistemático da saúde respiratória na vida diária.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Li Wenjung, Professor Catedrático do Departamento de Engenharia Mecânica (MNE), Professor Wang Jianping, Professor do Departamento de Ciência da Computação (CS), e Dr. Yu Xinge, Professor Associado do Departamento de Engenharia Biomédica (BME) na CityU, desenvolveu recentemente esta máscara inteligente, que pode detectar e distinguir várias ações respiratórias. A equipe do professor Shen Jiangang da Escola de Medicina Chinesa da Universidade de Hong Kong também deu uma importante contribuição ao projeto. As descobertas foram publicadas em Ciência Avançada.

Importância de usar máscaras mesmo que o COVID-19 se torne endêmico

“Muitos países agora acreditam que o COVID-19 em breve se tornará endêmico”, disse o professor Li. “No entanto, devemos deixar de lado o otimismo e ser realistas sobre os níveis prováveis ​​de doença, incapacidade e morte associados a esta doença nos próximos anos. É importante lembrar que endemicidade não corresponde a inocuidade.”

Ele usou a malária como exemplo para ilustrar que, embora atualmente seja considerada endêmica em 87 países, em 2020, infectou cerca de 241 milhões de pessoas e causou 627 mil mortes, segundo a Organização Mundial da Saúde. Assim, ele sugeriu que as pessoas continuem sendo cautelosas com o COVID-19 e usem medidas disponíveis e comprovadas, incluindo máscaras, para controlar a propagação do vírus.

“Esta máscara inteligente utiliza nosso sensor flexível de alta sensibilidade e largura de banda autodesenvolvido que pode detectar e registrar a atividade respiratória humana diária, como respirar, tossir e falar para armazenamento de dados em nuvem”, explicou o professor Li.

A máscara inteligente desenvolvida pela equipe tem uma estrutura esponjosa tão fina quanto 400μm, fabricada com nanotubo de carbono e materiais de polidimetilsiloxano (CNT/PDMS), usando a nova técnica de liberação sacrificial modificada da equipe. O sensor ultrafino e leve pode ser praticamente integrado e funcionar de forma eficaz com máscaras rígidas e máscaras de tecido não tecido deformáveis.

Bom desempenho em pressão estática e dinâmica

A equipe de pesquisa recrutou 31 pessoas para coletar sua atividade respiratória enquanto usavam a máscara inteligente. Os resultados mostraram que o sensor de ondas acústicas era altamente sensível na medição da pressão estática e dinâmica. Além de ter um bom desempenho na faixa de pressão estática de 27,9 Pa–2,5 kPa, o sensor também respondeu à pressão dinâmica de alta frequência gerada pela voz humana, ou seja, energia acústica harmônica do som até 4000 Hz.

Além disso, o sensor pode detectar o movimento do ar, incluindo fluxo direcional e vibração. Essas descobertas sugerem que o sensor pode ser usado para detectar a atividade respiratória humana, integrando-o a uma máscara comercial de policarbonato. Também demonstrou que a máscara inteligente pode detectar e diferenciar três funções respiratórias comuns: respiração, tosse e fala.

“A tecnologia avançada de inteligência artificial permite que a máscara integrada reconheça automaticamente diferentes padrões de tosse e respiração, indicando seu uso potencial para diagnosticar doenças respiratórias no futuro”, disse o professor Wang.

“Atualmente, os pesquisadores usam sensores comerciais para detectar mudanças de temperatura e fluxo de ar para contar o número de tosses, mas não podem capturar informações fisiológicas importantes contidas na voz humana, tosse e respiração. vibrações de frequência e pode detectar três frases de tosse”, acrescentou o professor Li.

A equipe pretende eventualmente desenvolver algoritmos de diagnóstico em tempo real para aplicações como avaliação de sintomas de pneumoconiose. “Como um dispositivo vestível diário inteligente e potencialmente de baixo custo, esta nova máscara inteligente de IoT ajudará o gerenciamento de saúde pública e pessoal da triagem e diagnóstico de doenças respiratórias, especialmente em cidades com uma população densa, como Hong Kong”, disse o Dr. Yu. A capacidade de detecção de fala da máscara inteligente também pode ajudar a resolver o problema de atenuação do som causado pelo uso de máscaras.