FaceBit puede monitorizar la salud del usuario, detectar los latidos del corazón a través de la cara.
Los ingenieros de la Universidad de Northwestern han desarrollado una nueva plataforma de sensores inteligentes para mascarillas a la que llaman un "Fitbit para la cara".
Bautizado como "FaceBit", el sensor, ligero y del tamaño de un cuarto, utiliza un diminuto imán para acoplarse a cualquier mascarilla N95, de tela o quirúrgica.
No sólo puede detectar en tiempo real la frecuencia respiratoria, el ritmo cardíaco y el tiempo de uso de la mascarilla del usuario, sino que también puede sustituir las engorrosas pruebas midiendo el ajuste de la mascarilla. Toda esta información se transmite de forma inalámbrica a una aplicación para teléfonos inteligentes, que contiene un tablero de control de la salud en tiempo real. La aplicación puede alertar inmediatamente al usuario cuando surgen problemas inesperados, como una frecuencia cardíaca elevada o una fuga en la máscara. Los datos fisiológicos también podrían utilizarse para predecir la fatiga, el estado de salud física y el estado emocional.
Aunque una pequeña batería alimenta el dispositivo, FaceBit está diseñado para recoger energía de diversas fuentes ambientales, como la fuerza de la respiración del usuario, el movimiento y el calor de su aliento, así como del sol. Esto prolonga la duración de la batería del sensor, alargando el tiempo entre cargas.
"Queríamos diseñar una mascarilla inteligente para los profesionales de la salud que no necesitara estar enchufada de forma incómoda en mitad de un turno", explica Josiah Hester, de Northwestern, que dirigió el desarrollo del dispositivo. "Aumentamos la energía de la batería con la recolección de energía de varias fuentes, lo que significa que se puede llevar la máscara durante una o dos semanas sin tener que cargar o sustituir la batería".
La investigación se publicó la semana pasada en la revista Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies. En el estudio, los investigadores descubrieron que la precisión de FaceBit era similar a la de los dispositivos de grado clínico, y que la batería duraba más de 11 días entre cargas. Se puede obtener más información en facebit health.
Hester es profesor adjunto de Ciencias de la Computación, Ingeniería Informática e Ingeniería Eléctrica y profesor junior de diseño Breed en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern.
Aproximación a la prueba de ajuste
Antes de diseñar FaceBit, Hester y sus colaboradores entrevistaron primero a médicos, enfermeras y asistentes médicos para entender mejor sus necesidades de mascarillas inteligentes. En una serie de encuestas, todos los médicos indicaron que la calidad del ajuste de la mascarilla era lo más importante, especialmente cuando se trabaja directamente con pacientes con infecciones víricas.
Para asegurarse de que sus mascarillas N95 se ajustan correctamente a sus rostros, los trabajadores sanitarios se someten periódicamente a una "prueba de ajuste" de 20 minutos. Durante este proceso, los trabajadores sanitarios se ponen primero una mascarilla N95 seguida de una capucha transparente que les cubre toda la cabeza. A continuación, otro trabajador bombea nieblas de aerosol dulces o amargas en la capucha. La concentración del aerosol se incrementa gradualmente dentro de la capucha hasta que la persona que lleva el respirador puede detectarlo. Si el usuario siente el sabor amargo o dulce antes de un determinado número de bombeos de aerosol, la máscara no está bien sellada.
Aunque el FaceBit de Hester aún no puede sustituir este engorroso proceso -que es un reto de larga data en la industria médica-, sí puede garantizar que la máscara conserve el ajuste adecuado entre las pruebas. Si la mascarilla se afloja a lo largo del día o si el usuario la golpea durante una actividad, por ejemplo, FaceBit puede alertar al usuario.
"Si llevas una máscara durante 12 horas o más, a veces tu cara puede adormecerse", dijo Hester. "Puede que ni siquiera te des cuenta de que la mascarilla está floja porque no la sientes o estás demasiado quemado para darte cuenta. Podemos aproximarnos al proceso de prueba de ajuste midiendo la resistencia de la mascarilla. Si vemos una caída repentina de la resistencia, eso indica que se ha formado una fuga, y podemos alertar al usuario".
Biosensores centrados en la cara
Pero el FaceBit puede evaluar algo más que el ajuste de la mascarilla: también puede monitorizar a la persona que la lleva en tiempo real. Al recoger diversas señales fisiológicas, como la frecuencia cardíaca y respiratoria, el FaceBit puede ayudar a los usuarios a comprender mejor su propio cuerpo para tomar decisiones beneficiosas para su salud. Toda la información sobre la salud, incluida la máscara, el ajuste y el tiempo de uso, se muestra en la aplicación para teléfonos inteligentes que la acompaña.
Según Hester, cada vez que el corazón de una persona late, su cabeza se mueve de forma imperceptible. FaceBit puede detectar ese sutil movimiento -y diferenciarlo de otros- para calcular la frecuencia cardíaca.
"El corazón empuja una gran cantidad de sangre por el cuerpo, y la fuerza balística es bastante fuerte", explica Hester. "Pudimos percibir esa fuerza mientras la sangre sube por una arteria principal hasta la cara".
Dado que los acontecimientos estresantes pueden provocar respuestas fisiológicas, como la respiración acelerada, FaceBit puede utilizar esa información para alertar al usuario de que se tome un descanso, salga a dar un paseo o respire profundamente para calmarse. Los sistemas hospitalarios también podrían utilizar estos datos para optimizar los horarios de los turnos y descansos de sus trabajadores. Y como la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria están tan estrechamente vinculadas entre sí, la capacidad de controlar ambas sin esfuerzo podría abrir nuevas posibilidades de investigación.
Futuro sin pilas
Experto en tecnología sostenible y sin pilas, Hester espera que su equipo u otros puedan llegar a hacer que FaceBit sea completamente libre de pilas. Ahora, la respiración y los movimientos del usuario o el sol pueden prolongar la vida de la batería. Pero, en el futuro, la energía térmica y cinética cosechada podría alimentar únicamente el dispositivo.
Aunque su equipo evaluó el dispositivo en voluntarios en situaciones reales, Hester dijo que FaceBit aún debe someterse a pruebas clínicas y de validación. El equipo publicó el proyecto como código y hardware abiertos para que otros puedan construir y validar el dispositivo.
"FaceBit supone el primer paso hacia la detección e inferencia práctica en el rostro, y proporciona una opción sostenible, cómoda y confortable para la monitorización general de la salud de los trabajadores de primera línea de COVID-19 y de otros", dijo Hester. "Estoy muy ilusionado por entregar esto a la comunidad investigadora para ver qué pueden hacer con él".
El proyecto, "FaceBit: plataforma de máscaras faciales inteligentes", contó con el apoyo de la National Science Foundation's Grants for Rapid Response Research for addressing the COVID-19 pandemic (número de concesión CNS-2032408). FaceBit fue una colaboración con Nabil Alshurafa, profesor adjunto de medicina preventiva en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern y de informática en McCormick.
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