导读


步行速度和你的健康密切相关?或许有点出乎我们的意料。但是,最近美国麻省理工学院的科研人员研发出了壁挂式的“WiGait”系统,它能利用无线电信号,同时检测多人的步速,准确率达95%到99%。

关键字

无线感知、步速

背景


谈及健康,血压、呼吸、体温、脉搏等等生理指标会立即出现在大家脑海里。但是,你可能没想到,步行的速度也是一项十分重要的生命体征,与你的健康密切相关!美国一项调查研究称,步速往往和认知减退、跌倒、甚至心脏和肺部疾病有联系。


那么,如何监测步速?


如今,许多设备都可检测步速,例如临床医师用的的码表,还有一些可穿戴设备,例如具备GPS功能的智能手环、智能手表、智能手机,都可以进行步数计算。


但是,这种计算往往是不准确的,很多无法应用于临床。另外,在室内或者有障碍物的情况下,无线电信号会受影响。然而,我们会想到采用摄像头监控,可它只能在单个房间内进行监测,并且会侵犯个人的隐私。


对于运动捕捉,比较著名的有VICON光学运动捕捉系统,它利用一组联网的运动捕捉摄像机等设备,获取实时光学数据,用于实时在线或者离线的运动捕捉、分析。虽然这套系统的精度很高,但是对于检测每天的健康变化情况来说,这个技术还是缺乏实用性。


所以,有没有一套系统即具有高准确度,又能在室内使用,还可以穿墙,另外还不侵犯隐私,也无需患者佩戴和主动参与?

创新

也许,你会认为上述的系统很难设计出来。但是,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的研究小组通过不断创新探索,研发出了一套创新系统“WiGait”,它不仅可以测量多人的步行速度,准确率达到95%到98%,也可以测量步幅,准确率可达到85%到99%。


它是一个如相框般大小的壁挂式设备,发射出的信号无线辐射强度只有标准手机的百分之一,所以对于人体来说应该是相对安全的。


研究人员称,该室内传感器可在相当长的时间内,监测步速的变化,从而判断个人健康状况,以及进一步说明个人否需要用药和治疗等等。


WiGait 系统主要由麻省理工学院人工智能实验室的教授 Dina Katabi 带领的研究小组研发。博士生Chen-Yu Hsu 是论文的领导作者,而波士顿大学医学院和香港科技大学的科研人员也有参与。


论文《从周围的无线电信号中提取步速和步幅》“Extracting Gait Velocity and Stride Length from Surrounding Radio Signal”,将于五月份,发表于美国科罗拉多州召开的美国计算机协会的人机交互大会。


技术


介绍该系统的核心技术之前,我们先介绍一下 Katabi之前研发的WiTrack 系统,因为WiGait 系统是在此基础上发展而来的。


WiTrack 系统通过分析从人体反射回来的无线信号,对于人体运动等状况进行监测。在信号被阻挡或者在不同房间的情况下,该系统仍然可以开展工作。


用户无需自身携带任何无线设备,该系统精度超过目前的RF定位系统。它传输的无线信号比Wi-Fi 弱100倍,比手机信号弱1000倍。


同时,它能够集成进消费电子设备,带来一些列的应用,下面是该系统的几个应用示例:


  • 室内游戏


游戏玩家可以在房间内自由走动,而不是只能站在显示屏前玩游戏。WiTrack系统可以追踪玩家,玩家可以跑到走廊上,或者躲在家具后面,来躲避游戏中的敌人。


  • 老人跌倒监测

WiTrack 系统可有效监测老年人跌倒情况,其准确率达96.9%,甚至能够穿墙监测,而且不暴露老年人的隐私。

  • 控制家用电器

WiTrack 系统使用户可以控制家用电器,简单的伸出手指,就可以开关灯,甚至操作不同的房间电器。

  • 监测呼吸和心率

WiTrack 系统可以穿墙式监测用户的心率和呼吸,可应用于健康监测、婴儿监控等等。

  • 捕捉人体轮廓

该系统还可以利用无线电信号,穿墙式的检测个体的身高和体型信息,从而捕捉动作、防止跌倒等等,应用范围包括智能家具、虚拟现实和影视制作等多个领域。

  • 检测情感

该系统可以通过无线电信号监测心率和呼吸,从而测试出人的情感状况例如悲伤、高兴、生气等等。

关于 WiTrack 的应用让我们眼花缭乱,下面我们重点介绍一下“WiGait”系统了。


它能够以很高的精度测量步速,无需用户佩戴任何传感器。系统的基本原理就是,传感器可以发出低功率的无线电信号,然后分析从人体反射的无线电信号,利用算法区别行走和其它动作,例如清洁厨房和刷牙等,最后进一步提取出步速和步幅信息。


价值


首先,这项创新的价值就是和健康相关的。它能够检测一些列重要健康信息,特别是针对老年人,例如充血性心脏病、慢性阻塞性肺疾病、认知障碍等疾病都和步速相关。步速的改变,意味着某人可能受伤了,或者有跌倒的危险,对于老年人来说,这些信息十分重要。


另外,一个重要的价值,就是无需用户主动参与,就能监测健康指标,这点特别适用于认知能力受损的用户。


还有,它和摄像头不同,并不是那么容易侵犯隐私,在屏幕上显示的信息只是移动的点而已,如下图所示:

最重要的一点,传统意义上的无线电信号,往往都是用于无线通信例如智能手机、Wi-Fi之类,而这项技术却是用于无线感知和传感,有效采集测试对象的相关数据。


应用


未来,研究团队希望这项技术可以帮助到具有行走障碍的人,例如帕金森病、阿尔茨海默氏症或多发性硬化症患者。


这项技术不仅可用于医院住院区,也可以用于养老院,个人家庭室内等场所。


精准监测患者的步速,有利于医生准确判断疾病和调整药物治疗。未来,这项技术可以进行拓展,用于监测睡眠模式、呼吸率等更多的重要生命体征。


题图和文图来源于:麻省理工学院

参考资料


【1】http://news.mit.edu/2017/dina-katabi-csail-team-develop-wireless-system-to-detect-walking-speeds-0501

【2】http://news.mit.edu/2013/new-system-allows-for-high-accuracy-through-wall-3-d-motion-tracking-1211

【3】http://news.mit.edu/2016/detecting-emotions-with-wireless-signals-0920

【4】http://news.mit.edu/2014/could-wireless-replace-wearables

【5】http://news.mit.edu/2015/wireless-x-ray-vision-could-power-virtual-reality-smart-homes-hollywood-1028

【6】http://witrack.csail.mit.edu/

【7】https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3080184/

【8】https://people.csail.mit.edu/cyhsu/papers/wigait_chi17.pdf



需要进行深入咨询和交流的朋友,请联系微信:JohnZh1984


或者点击左下方“阅读原文”,了解并加入

“John的小密圈”。


步行速度和健康密切相关,无线电信号可监测它!
Tagged on: