Zespół badaczy pod kierownictwem Uniwersytetu w Cambridge stworzył komfortowe, nadające się do prania „inteligentne piżamy”, które umożliwiają monitorowanie zaburzeń snu, takich jak bezdech senny, w warunkach domowych, bez konieczności stosowania klejących elektrod, uciążliwego sprzętu czy wizyty w specjalistycznej pracowni snu.
Zintegrowane z piżamami drukowane czujniki tekstylne monitorują oddech poprzez wykrywanie subtelnych ruchów skóry, nawet gdy odzież leży luźno wokół szyi i klatki piersiowej. Czujniki te, wykorzystujące algorytm sztucznej inteligencji o niskim zapotrzebowaniu na moc obliczeniową, pozwalają na identyfikację sześciu różnych stanów snu z dokładnością 98,6%, ignorując przy tym typowe ruchy, takie jak przewracanie się z boku na bok. System wymaga jedynie niewielkiej liczby przykładów wzorców snu do nauczenia się rozróżniania snu prawidłowego od zaburzonego.
Według naukowców opracowane piżamy mogą być pomocne dla milionów osób w Wielkiej Brytanii zmagających się z zaburzeniami snu, pozwalając im monitorować jakość snu i ocenianie wpływu zmian stylu życia na jego przebieg. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)”.
Znaczenie snu dla zdrowia
Sen jest kluczowy dla zdrowia człowieka, lecz ponad 60% dorosłych skarży się na jego złą jakość, co prowadzi do utraty od 44 do 54 dni roboczych rocznie oraz szacunkowego spadku światowego PKB o 1%. Nawyki sypialniane, takie jak oddychanie przez usta, bezdech senny czy chrapanie, znacznie obniżają jakość snu, a w konsekwencji mogą prowadzić do rozwoju chorób przewlekłych, takich jak schorzenia sercowo-naczyniowe, cukrzyca czy depresja.
Profesor Luigi Occhipinti z Cambridge Graphene Centre, kierownik badań, podkreśla: „Zła jakość snu ma ogromny wpływ na nasze zdrowie fizyczne i psychiczne, dlatego właściwy monitoring snu jest niezwykle istotny. Niestety, standardowe metody, takie jak polisomnografia (PSG), są kosztowne, skomplikowane i nie nadają się do długoterminowego użytkowania w domu”.
Alternatywy dla PSG, jak domowe testy snu, są mniej skomplikowane, lecz zazwyczaj koncentrują się na pojedynczych schorzeniach i bywają niewygodne. Natomiast noszone na nadgarstku urządzenia, np. smartwatche, jedynie pośrednio oceniają jakość snu i nie nadają się do precyzyjnego wykrywania zaburzeń snu.
„Potrzebujemy czegoś, co będzie wygodne i możliwe do codziennego użytku, a jednocześnie na tyle precyzyjne, by dostarczać istotnych informacji o jakości snu” – dodał Occhipinti.
Rozwój inteligentnych piżam
Inspiracją do stworzenia inteligentnych piżam były wcześniejsze prace zespołu nad „inteligentnym chokierem” przeznaczonym dla osób z zaburzeniami mowy. Badacze przeprojektowali grafenowe sensory tak, by monitorować oddech podczas snu oraz poprawili ich czułość.
„Dzięki wprowadzonym zmianom czujniki potrafią rozpoznawać różne stany snu, ignorując przy tym naturalne ruchy ciała” – wyjaśnia Occhipinti. „Większa czułość oznacza, że odzież nie musi ścisło przylegać do szyi, co mogłoby być niewygodne. Wystarczy kontakt sensora ze skórą, aby uzyskać precyzyjne pomiary”.
Model uczenia maszynowego nazwany SleepNet analizuje sygnały z sensorów i identyfikuje stany snu, takie jak: oddychanie przez nos, oddychanie przez usta, chrapanie, zgrzytanie zębami, centralny bezdech senny (CSA) oraz obturacyjny bezdech senny (OSA). SleepNet jest siecią AI o niskiej złożoności obliczeniowej, dzięki czemu może działać na urządzeniach przenośnych, bez potrzeby połączenia z komputerem lub serwerem.
„Zoptymalizowaliśmy model AI tak, by uzyskać najwyższą precyzję przy najniższym koszcie obliczeniowym” – dodaje Occhipinti. „Dzięki temu mogliśmy umieścić procesory danych bezpośrednio w sensorach”.
Praktyczne zastosowanie i przyszłość
Inteligentne piżamy przetestowano na osobach zdrowych oraz pacjentach z bezdechem sennym. Czujniki rozpoznały stany snu z dokładnością 98,6%. Dodatkowo, zastosowanie specjalnego krochmalenia zwiększyło trwałość czujników, umożliwiając pranie odzieży w standardowej pralce.
Najbardziej aktualna wersja piżam umożliwia bezprzewodowy przesył danych do smartfona lub komputera.
Badacze prowadzą rozmowy z grupami pacjentów i planują dostosować sensory do monitorowania innych schorzeń, np. obserwacji niemowląt. Prace są wspierane przez EU Graphene Flagship, Haleon oraz brytyjską EPSRC.
Źródło: Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.2420498122
