Команда дослідників під керівництвом Кембридзького університету розробила датчики надрукованої тканини, які можуть контролювати дихання, виявляючи дрібні рухи шкіри, навіть коли піжама вільно одягнена на шиї та грудях.
Датчики, вбудовані в розумну піжаму, були навчені з використанням «легкого» алгоритму штучного інтелекту і можуть визначати шість різних станів сну з точністю 98,6%, ігноруючи при цьому звичайні рухи під час сну, такі як перевертання та обертання. Енергоефективним датчикам потрібно лише кілька прикладів режимів сну, щоб успішно визначити різницю між звичайним та порушеним сном.
Дослідники кажуть, що їхня розумна піжама може бути корисною мільйонам людей у Великій Британії, які борються з порушеннями сну, для контролю свого сну і того, як на нього можуть вплинути зміни способу життя. Результати представлені у Працях Національної академії наук (PNAS).
Сон життєво важливий для здоров'я людини, проте понад 60% дорослих людей страждають від поганої якості сну, що призводить до втрати від 44 до 54 робочих днів на рік і, за оцінками, зниження світового ВВП на один відсоток. Такі особливості сну, як дихання через рот, апное уві сні та хропіння, є основними причинами поганої якості сну і можуть призвести до хронічних захворювань, таких як серцево-судинні захворювання, діабет та депресія.
«Поганий сон дуже впливає на наше фізичне та психічне здоров'я, тому правильний моніторинг сну має життєво важливе значення», — сказав професор Луїджі Окіпінті з Кембридзького центру графену, який керував дослідженням. «Проте поточний золотий стандарт моніторингу сну, полісомнографія чи ПСГ є дорогим, складним і не підходить для тривалого використання вдома».
Домашні пристрої, які простіше за ПСГ, такі як домашні тести на сон, зазвичай фокусуються на одному стані і є громіздкими або незручними. Натільні пристрої, такі як смартгодинник, хоча їх і зручніше носити, можуть робити висновки лише про якість сну і неефективні для точного моніторингу порушень сну.
"Нам потрібно щось зручне і просте у використанні щоночі, але досить точне, щоб надавати значну інформацію про якість сну", - сказав Окіпінті.
Для розробки розумної піжами Окіпінті та його колеги спиралися на свою ранню роботу над розумним комірцем для людей з порушеннями мови. Команда перепроєктувала датчики на основі графену для аналізу дихання під час сну та внесла кілька покращень у конструкцію, щоб підвищити чутливість.
"Завдяки внесеним нами змінам у конструкцію датчики здатні визначати різні стани сну, ігноруючи при цьому регулярні обертання та перевертання", - сказав Окіпінті. «Підвищена чутливість також означає, що розумний одяг не потрібно носити щільно на шиї, що багатьом людям було б незручно. Поки датчики контактують зі шкірою, вони забезпечують дуже точні дані».
Дослідники розробили модель машинного навчання під назвою SleepNet, яка використовує сигнали, отримані датчиками, для визначення станів сну, включаючи носове дихання, дихання ротом, хропіння, скрегіт зубами, центральне апное сну (CSA) та обструктивне апное сну (OSA). SleepNet — це «легка» мережа ШІ, яка знижує обчислювальну складність настільки, що її можна запускати на портативних пристроях без необхідності підключення до комп'ютерів або серверів.
«Ми скоротили модель ШІ настільки, що ми могли отримати мінімальні обчислювальні витрати з найвищим ступенем точності», — сказав Окінпінті. "Таким чином, ми можемо вбудувати основні процесори даних безпосередньо в датчики".
Розумні піжами були протестовані на здорових пацієнтах та пацієнтах з апное уві сні та змогли виявити ряд станів сну з точністю 98,6%. Обробивши розумні піжами спеціальним крохмальним етапом, вдалося підвищити міцність датчиків, щоб їх можна було прати у звичайній пральній машині.
Остання версія розумних комірців також підтримує бездротову передачу даних, що означає, що дані про сон можна безпечно передавати на смартфон або комп'ютер.
"Сон дуже важливий для здоров'я, і надійний моніторинг сну може бути ключовим у профілактичній допомозі", - сказав Окіпінті. «Оскільки цей одяг можна використовувати вдома, а не в лікарні чи клініці, він може попереджати користувачів про зміни уві сні, які вони можуть обговорити зі своїм лікарем. Такі особливості поведінки під час сну, як носове або ротове дихання зазвичай не виявляються при аналізі сну NHS, але це може бути показником розладу сну».
Дослідники сподіваються адаптувати датчики для різних медичних умов або домашнього використання, наприклад для спостереження за дітьми, і ведуть обговорення з різними групами пацієнтів. Вони працюють над підвищенням довговічності датчиків для довгострокового використання.
