Srdeční tep je jeden z nejzákladnějších ukazatelů lidského zdraví. Prozrazuje, v jaké jsme kondici, jak reagujeme na stres, zda jsme dostatečně hydratovaní nebo jak naše tělo zvládá námahu. Dosud bylo ke sledování tepu potřeba nasadit chytré hodinky, hrudní pás, nebo dokonce využít nemocniční přístroje. To se ale může brzy změnit. Vědci z Kalifornské univerzity v Santa Cruz totiž ukázali, že obyčejný Wi-Fi router může zastat roli neinvazivního zdravotního monitoru – a to s přesností, která konkuruje klinickým přístrojům.

Za průlomovou technologií stojí tým vedený profesorkou informatiky Katií Obraczkou, doktorandem Nayanem Bhatiou a středoškolským výzkumníkem Pranayem Kochetou. Jejich projekt Pulse-Fi využívá levné čipy ESP32, minipočítače Raspberry Pi a algoritmy strojového učení. Cena? Od 5 do 30 dolarů za kus hardwaru. Výsledek? Měření s odchylkou pouhého půl tepu za minutu.

Wi-Fi dostává druhý život

Jak je to možné? Wi-Fi routery vysílají rádiové vlny, které se šíří prostorem a dorazí k přijímači – obvykle k telefonu nebo počítači. Pokud jim ale do cesty vstoupí člověk, část signálu se pohltí a část rozptýlí. Srdeční tep pak způsobuje sotva patrné změny, které jsou pro lidské oko nezachytitelné, ale pro citlivé algoritmy naprosto zřetelné.

„Signál je velmi citlivý na prostředí, takže jsme museli vybrat správné filtry, abychom odstranili zbytečný šum,“ vysvětluje Bhatia. Aby mohli neuronovou síť vytrénovat, vytvořili výzkumníci vlastní dataset přímo v knihovně vědy a techniky UC Santa Cruz. Každé měření kombinovali se skutečnými hodnotami z oxymetrů, čímž „učili“ algoritmus rozpoznávat vzory odpovídající srdečnímu tepu. Kromě vlastních dat vyzkoušeli Pulse-Fi i na rozsáhlém brazilském datasetu vytvořeném pomocí Raspberry Pi. Tím dokázali, že jejich metoda je nejen funkční, ale i univerzální.

zdroj: Profimedia.cz

Přesnost bez kompromisů

Výsledky testů jsou působivé. Tým experimentoval se 118 dobrovolníky a zjistil, že k přesnému změření srdečního tepu stačí pouhých pět sekund signálové analýzy. Delší sledování přesnost ještě zvyšovalo. Systém se navíc ukázal jako odolný vůči různým polohám – účastníci mohli sedět, stát, chodit nebo ležet, přičemž výsledky zůstaly stejně spolehlivé. Celkem bylo vyzkoušeno 17 odlišných tělesných poloh a ve všech Pulse-Fi obstál.

Nezastavila jej ani vzdálenost. Systém dokázal měřit přesně až na tři metry, tedy téměř deset stop, a podle výzkumníků by neměl problém ani s větší vzdáleností. „Zjistili jsme, že díky modelu strojového učení vzdálenost neměla prakticky žádný vliv na výkon, což byl dříve velký problém,“ říká Kocheta. Zajímavé je i to, že i přes extrémně levné komponenty dokázal systém dosahovat vysoké přesnosti. Experimenty s Raspberry Pi čipy dokonce přinesly ještě lepší výsledky než s ESP32. Výzkumníci se shodují, že při využití dražších komerčních routerů by výkon mohl být ještě vyšší.

Kam povede další vývoj?

Pulse-Fi nekončí jen u tepu. Tým už pracuje na rozšíření technologie tak, aby dokázala sledovat i dechovou frekvenci. To by mohlo znamenat zásadní posun v diagnostice onemocnění, jako je spánková apnoe. Dosud nezveřejněné výsledky naznačují, že systém dokáže dech monitorovat s vysokou přesností a spolehlivě odhalovat i krátkodobé zástavy dechu.

Pokud se tato technologie ujme, může změnit podobu domácí péče o zdraví. Místo neustálého nošení hodinek či náramků by stačilo mít doma zapnutý router, který by tiše sledoval klíčové životní funkce. V prostředí s omezenými zdroji – například v odlehlých oblastech – by to navíc mohlo znamenat dostupnější a levnější zdravotní péči. Budoucnost, kde Wi-Fi neslouží jen k připojení na internet, ale stane se i nenápadným hlídačem zdraví, je najednou mnohem blíž, než by se zdálo. Pulse-Fi ukazuje, že někdy není k revoluci potřeba nic víc než chytře využít technologii, kterou už dávno máme doma.