超薄壓電感測器能解讀漸凍症患者表情

作者 : John Walko,EE Times歐洲特約記者

MIT開發的感測器能很容易地貼在患者的臉上,量測肌肉的運動,例如一個微笑或是抽搐;藉由這種方法,病患能夠以更自然的方式與他人交流,不需要仰賴目前使用的笨重、昂貴且通常非常難操作的的大型設備。

美國麻省理工學院(MIT)的研究人員開發了一種超薄可穿戴式壓電感測器,能可靠地解碼臉部張力(facial strain)並預測表情運動。這種技術正在對罹患肌萎縮性側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)的病人進行測試;這些又被稱為「漸凍人」的病患之神經系統會逐漸退化,最後喪失控制肌肉的能力並因此無法再與他人交流。

MIT開發的感測器能很容易地貼在患者的臉上,量測肌肉的運動,例如一個微笑或是抽搐;藉由這種方法,病患能夠以更自然的方式與他人交流,不需要仰賴目前使用的笨重、昂貴且通常非常難操作的的大型設備。

 

MIT開發的感測器能偵測ALS患者的臉部表情。
(圖片來源:MIT)

接著臉部的運動能藉由該裝置進行解讀。這種感測器具備可延展性與柔軟度,能讓人感覺不到它的存在;而或許更重要的是,MIT研究人員指出,因為所利用的零組件很容易量產,該裝置的成本可能僅需10美元左右。

MIT Conformable Decoders小組旗下專案負責人、 LG Electronics媒體藝術與科學生涯發展教授Canan Dagdeviren表示,該技術與仰賴量測控制臉部肌肉的神經電活動之現有方法相較,具備顯著的優勢;「後者採用的裝置是四四方方的硬體,可靠度也是個大問題,可能無法取得一致的結果,甚至在同一天內、同一個患者身上也是這樣。」

其他也參與上述研究專案的團體,包括紐約州立大學水牛城分校(University of Buffalo),以及新加坡的A*STAR微電子研究所。此專案研究初始成果最近被刊登於學術期刊《Nature Biomedical Engineering》,研究人員表示,在判別微笑、嘟嘴(pursed lips)以及張開嘴巴三種表情上,其裝置的準確度已經達到75%。

目前研究團隊正專注於針對兩位ALS患者(一位男性、一位女性,以達到性別平衡)進行測試,結果顯示該裝置能準確辨識上述三種表情。該裝置內含四個壓電感測器,嵌入於矽氧樹脂(silicone)薄膜;感測器本身是由氮化鋁(aluminium nitride)製成,能偵測批皮膚的機械變形,並將之轉化成能輕易被量測到的電壓訊號。

 

(圖片來源:MIT)

研究人員還利用在健康志願者提供的數據,開發了一種被稱為數位影像校正的程序,能協助選擇最實用的感測器佈署位置。這些志願者在臉上隨機畫黑白斑點的圖案,然後以多攝影機拍攝同一範圍的大量影像,包括微笑、抽搐臉頰或者是在嘴裡念抹些特定字母的肌肉形狀。這些影像經由特製軟體處理分析,了解微小的點之間是如何關聯,並因此判別在單一區域的肌肉拉力大小。

透過這種方式,能建立起一個回應不同運動組合的句子或是單字庫。「我們能根據你可以做的動作,建立客製化的訊息;」Dagdeviren進一步指出,「基本上你可以創建上千種訊息,這是目前其他技術做不到的,一切都靠資料庫的配置,並可以一次針對對特定一位患者或是一群患者來設計。

感測器收集到的數據會被傳送到手持式處理裝置中,利用研究人員開發的臉部表情運動判別演算法進行分析。研究人員還表示,目前裝置原型內含的感測器是有線的,未來將會改為更容易使用的無線模式。

MIT研究團隊成員之一Farita Tasnim,是受到在20歲出頭就不幸罹患漸凍症的已故霍金(Stephen Hawking)教授之啟發;霍金是以紅外線感測器直接感應他的臉頰表情以及在電腦螢幕上移動電腦滑鼠。Tasnim 表示,眾多大型設備開發不易、令人沮喪,也耗費許多時間;她致力於利用經過改善的程序來做決定。

「有大量臨床實驗正在針對一種特定療法方進行測試;」Tasnim表示:「我們不只再依賴患本身,每天寫報告並聆聽患者是否感覺更好了?或者是變得更強壯?該裝置還能用來讓患者回報他們是否感覺更好或變得更強,提供追蹤有效性的量化量測。」

 

編譯:Judith Cheng

(參考原文:MIT Project Helps ALS Patients Communicate Using Sensors,By John Walko)

 

 

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