Knipper gewoon om een kleine elektrische impuls te genereren. Door je wenkbrauwen te bewegen, te kauwen of je tanden op elkaar te klemmen, ontstaan er andere, elk met verschillende kenmerken. Een groep Amerikaanse onderzoekers heeft een manier gevonden om deze signalen te verzamelen via drie kleine sensoren die op het montuur van een bril zijn aangebracht. En om ze te gebruiken om bepaalde parameters van onze gezondheid te monitoren, zonder dat we elektroden of andere apparaten aan het gezicht hoeven toe te voegen.
Ze heten GlassTENG, ze zijn ontwikkeld door Northwestern University en hebben al interessante resultaten opgeleverd: tijdens tests op 20 vrijwilligers herkende het systeem zes verschillende gezichtsactiviteiten met een algehele nauwkeurigheid van 93,8%. Hij slaagde er ook in de hartslag te meten via de zeer kleine pulsaties van de slagaders van het gezicht.
Het idee komt voort uit een vrij eenvoudige observatie. Ons gezicht is voortdurend in beweging, zelfs als we stil zijn. En miljoenen mensen dragen al een groot deel van de dag een bril. Waarom zou je datzelfde frame niet gebruiken om gezondheidsinformatie te verzamelen?
Als een oogwenk produceert het elektriciteit
De werking van GlassTENG maakt gebruik van het tribo-elektrische effect, een fenomeen dat we allemaal kennen, zelfs zonder ooit de naam te hebben gehoord. Het is dezelfde statische elektriciteit die ervoor zorgt dat een ballon aan je haar blijft plakken nadat je erover hebt gewreven, of die ons een kleine schok geeft als we een metalen voorwerp aanraken.
Wanneer twee verschillende materialen met elkaar in contact komen en zich vervolgens scheiden, kunnen ze een verschil in elektrische lading genereren. De onderzoekers pasten dit principe toe op drie flexibele, zeer dunne sensoren die bestaan uit materiaallagen die samendrukken en scheiden door de bewegingen van het gezicht te volgen. Elke oogknippering oefent druk uit op de sensor en produceert een elektrisch signaal. Hetzelfde gebeurt als we onze wenkbrauwen bewegen, kauwen of onze kaken op elkaar klemmen.
En de verschillen zijn ook in de cijfers te zien. Volgens de wetenschappelijke studie gewijd aan GlassTENG produceren bewegingen van de oogleden en wenkbrauwen signalen tussen 200 en 500 millivolt, terwijl de meer energetische bewegingen van de kaak 1,5 volt kunnen bereiken. Zelfs de pulsatie van een slagader genereert een detecteerbaar signaal, tussen 50 en 100 millivolt.
Om deze activiteiten te onderscheppen plaatsten de onderzoekers de sensoren op drie plekken op het frame: op de neusbrug, bij de slaap en in het gebied boven het oor. Vanuit die posities kunnen ze de bewegingen van de spieren en de pulsaties van de onderliggende slagaders waarnemen. Het resultaat is een montuur dat in zekere zin voelt wat ons gezicht doet.
Een bril herkent het wanneer we onze tanden op elkaar klemmen
Een van de meest interessante toepassingen betreft bruxisme, de aandoening die wordt gekenmerkt door het onvrijwillig op elkaar klemmen of knarsen van de tanden, wat ook tijdens de slaap kan voorkomen. Tijdens de experimenten droegen twintig vrijwilligers GlassTENG en voerden ze zes taken uit: knipperen, wenkbrauwen optrekken, tanden op elkaar klemmen, ze laten babbelen, eten en spreken.
Een machine learning-algoritme analyseerde de elektrische signalen die door de sensoren werden gegenereerd en leerde elke combinatie van pulsen te associëren met een specifieke beweging. De resultaten waren vooral goed voor kaakgerelateerd gedrag: het systeem herkende klappertanden in 99% van de gevallen en op elkaar klemmende tanden in 96%.
Het vooruitzicht is om een gewone bril te transformeren in een hulpmiddel dat kan opmerken wanneer we onbewust onze kaken op elkaar klemmen en ons in de toekomst kan waarschuwen met een kleine melding. Voor degenen die vele uren achter de computer doorbrengen met gespannen schouders en opeengeklemde tanden, kan dit een zeer nuttige herinnering zijn.
Er zijn nog steeds bewegingen die moeilijk te onderscheiden zijn. Spraak werd bijvoorbeeld in slechts 55% van de gevallen correct herkend, omdat sommige bewegingen van de kaak sterk lijken op die van kauwen. Een moeilijkheid waarmee onderzoekers bij toekomstige ontwikkelingen te maken zullen krijgen.
Ze kunnen ook uw hartslag meten
Dezelfde sensoren kunnen iets veel delicaters waarnemen dan de beweging van de kaak: de pulsatie van de slagaders die het gezicht kruisen. In het bijzonder bevindt de sensor op de neusbrug zich nabij de hoekslagader, terwijl die op de slaap de pulsaties van de oppervlakkige temporale slagader onderschept.
Elke hartslag veroorzaakt een kleine drukverandering. De sensor zet het om in een elektrisch signaal waaruit de hartslag kan worden afgeleid. Om de betrouwbaarheid ervan te verifiëren, vergeleken de onderzoekers de metingen verkregen met GlassTENG met die van een Polar H10-borstband, die als referentie werd gebruikt.
In de rustexperimenten, uitgevoerd bij tien deelnemers, bedroeg de gemiddelde absolute fout slechts 1,82 slagen per minuut, berekend over intervallen van 30 seconden. Een veelbelovend resultaat voor een technologie die gebruik maakt van zulke kleine sensoren, geïntegreerd in een voorwerp dat veel mensen al dagelijks op hun neus dragen.
Sensoren die zeer weinig energie verbruiken
Het andere interessante aspect van GlassTENG betreft het energieverbruik. De drie sensoren zijn zelfvoorzienend bij het genereren van het signaal, omdat ze rechtstreeks gebruik maken van de mechanische energie van de bewegingen die ze detecteren. Het elektronische circuit dat nodig is om ze te lezen verbruikt in totaal slechts 4,1 microwatt, een extreem kleine hoeveelheid vergeleken met de hoeveelheid die nodig is voor veel traditionele detectietechnologieën.
Het prototype maakt nog steeds gebruik van afzonderlijk gevoede elektronische componenten om informatie te verwerken en te verzenden, maar onderzoekers werken eraan het energieverbruik verder te verminderen en de gegevensverwerking rechtstreeks in de houder te integreren. Het doel is om een bril te ontwikkelen die in staat is om continu bepaalde fysiologische parameters te monitoren, waardoor nuttige informatie wordt verstrekt zonder dat deze regelmatig moet worden opgeladen.
Zoals Nivedita Arora, professor aan de Northwestern University en hoofd van het onderzoek, uitlegde, bevat het menselijk gezicht een enorme hoeveelheid informatie over onze gezondheid. En een bril is een bijzonder geschikte ondersteuning bij het verzamelen ervan, als je bedenkt hoeveel mensen hem al dagelijks dragen.
GlassTENG is nog steeds een experimenteel prototype en verdere tests zullen nodig zijn om de werking ervan tijdens normale dagelijkse activiteiten te evalueren. De mogelijke toepassingen gaan echter verder dan bruxisme: onderzoekers stellen zich systemen voor die in staat zijn de hartslag, bepaald eetgedrag en zelfs signalen die verband houden met vermoeidheid te volgen.
Voorlopig waren drie kleine sensoren, een berg en een groep vrijwilligers voldoende. De rest werd gedaan door de oogleden, wenkbrauwen en kaak, met al die bewegingen die we elke dag herhalen zonder het zelfs maar te beseffen.
