FaceBit kann die Gesundheit des Trägers überwachen und den Herzschlag über das Gesicht messen.
Ingenieure der Northwestern University haben eine neue intelligente Sensorplattform für Gesichtsmasken entwickelt, die sie als "Fitbit für das Gesicht" bezeichnen.
Der leichte, viertelgroße Sensor mit dem Namen "FaceBit" lässt sich mit einem winzigen Magneten an jeder N95-, Stoff- oder chirurgischen Gesichtsmaske befestigen.
Er kann nicht nur die Atemfrequenz, die Herzfrequenz und die Tragezeit der Maske in Echtzeit messen, sondern auch umständliche Tests ersetzen, indem er den Sitz der Maske misst. All diese Informationen werden dann drahtlos an eine Smartphone-App übertragen, die ein Dashboard zur Echtzeit-Gesundheitsüberwachung enthält. Die App kann den Benutzer sofort warnen, wenn unerwartet Probleme auftreten, etwa eine erhöhte Herzfrequenz oder ein Leck in der Maske. Die physiologischen Daten könnten auch zur Vorhersage von Müdigkeit, körperlichem Gesundheitszustand und emotionaler Verfassung verwendet werden.
Obwohl eine winzige Batterie das Gerät mit Strom versorgt, ist FaceBit so konzipiert, dass es Energie aus einer Vielzahl von Umgebungsquellen gewinnt - einschließlich der Atemkraft des Benutzers, Bewegung und Wärme aus dem Atem des Benutzers sowie aus der Sonne. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer des Sensors und die Zeit zwischen den Ladevorgängen.
"Wir wollten eine intelligente Gesichtsmaske für medizinisches Personal entwickeln, die nicht während der Schicht an die Steckdose angeschlossen werden muss", sagt Josiah Hester von Northwestern, der die Entwicklung des Geräts leitete. "Wir haben die Energie der Batterie durch Energiegewinnung aus verschiedenen Quellen ergänzt, was bedeutet, dass man die Maske ein oder zwei Wochen lang tragen kann, ohne die Batterie aufladen oder ersetzen zu müssen".
Die Forschungsergebnisse wurden letzte Woche in den Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies veröffentlicht. In der Studie stellten die Forscher fest, dass die Genauigkeit von FaceBit mit der von klinischen Geräten vergleichbar ist und dass die Batterie länger als 11 Tage ohne Aufladen hält. Weitere Informationen finden Sie unter facebit health.
Hester ist Assistenzprofessor für Informatik, Computertechnik und Elektrotechnik und Breed Junior Professor für Design an der McCormick School of Engineering der Northwestern University.
Annäherung an die Dichtsitzprüfung
Vor der Entwicklung von FaceBit befragten Hester und seine Mitarbeiter zunächst Ärzte, Krankenschwestern und medizinisches Hilfspersonal, um ihre Anforderungen an intelligente Gesichtsmasken besser zu verstehen. In einer Reihe von Umfragen gaben alle Ärzte an, dass die Qualität des Sitzes der Maske am wichtigsten sei - insbesondere bei der direkten Arbeit mit Patienten mit Virusinfektionen.
Um sicherzustellen, dass ihre N95-Masken richtig auf dem Gesicht sitzen, unterziehen sich die Mitarbeiter des Gesundheitswesens regelmäßig einem 20-minütigen Fit-Test". Dabei setzen die Mitarbeiter des Gesundheitswesens zunächst eine N95-Atemschutzmaske auf und ziehen sich dann eine durchsichtige Haube über den gesamten Kopf. Ein anderer Mitarbeiter pumpt dann entweder süßen oder bitteren Aerosolnebel in die Haube. Die Konzentration des Aerosols wird in der Haube allmählich erhöht, bis es von der Person, die die Atemschutzmaske trägt, wahrgenommen werden kann. Schmeckt der Träger vor einer bestimmten Anzahl von Aerosolpumpvorgängen bitter oder süß, so ist die Maske nicht richtig abgedichtet.
Obwohl FaceBit von Hester diesen mühsamen Prozess - eine langjährige Herausforderung in der medizinischen Industrie - noch nicht ersetzen kann, kann es dafür sorgen, dass die Maske zwischen den Testterminen den richtigen Sitz behält. Wenn sich die Maske im Laufe des Tages lockert oder wenn der Benutzer beispielsweise während einer Aktivität gegen die Maske stößt, kann FaceBit den Träger warnen.
"Wenn man eine Maske 12 Stunden oder länger trägt, kann das Gesicht manchmal taub werden", so Hester. "Man merkt vielleicht gar nicht, dass die Maske locker ist, weil man sie nicht spürt oder zu erschöpft ist, um es zu bemerken. Durch die Messung des Maskenwiderstands können wir den Anpassungsprozess annähern. Wenn wir einen plötzlichen Abfall des Widerstands feststellen, deutet dies auf ein Leck hin, und wir können den Träger warnen.
Gesichtszentrierte Bio-Sensorik
FaceBit kann aber nicht nur den Sitz der Maske beurteilen, sondern auch die Person, die die Maske trägt, in Echtzeit überwachen. Durch die Erfassung verschiedener physiologischer Signale - wie Herz- und Atemfrequenz - kann FaceBit dem Träger helfen, seinen eigenen Körper besser zu verstehen, um gesundheitsfördernde Entscheidungen zu treffen. Alle Gesundheitsinformationen, einschließlich Maske, Passform und Tragezeit, werden auf der zugehörigen Smartphone-App angezeigt.
Laut Hester bewegt sich der Kopf eines Menschen bei jedem Herzschlag unmerklich ein wenig. FaceBit kann diese subtile Bewegung wahrnehmen - und sie von anderen Bewegungen unterscheiden - um die Herzfrequenz zu berechnen.
"Das Herz pumpt eine Menge Blut durch den Körper, und die ballistische Kraft ist ziemlich stark", so Hester. "Wir waren in der Lage, diese Kraft zu messen, während das Blut eine Hauptarterie hinauf zum Gesicht fließt.
Da Stressereignisse physiologische Reaktionen wie schnelles Atmen hervorrufen können, kann FaceBit diese Informationen nutzen, um den Benutzer zu warnen, eine Pause einzulegen, spazieren zu gehen oder einige tiefe Atemzüge zu machen, um sich zu beruhigen. Auch Krankenhäuser könnten diese Daten nutzen, um Schicht- und Pausenpläne für ihre Mitarbeiter zu optimieren. Und da Herz- und Atemfrequenz so eng miteinander verwoben sind, könnte die Möglichkeit, beide mühelos zu überwachen, neue Forschungsmöglichkeiten eröffnen.
Batteriefreie Zukunft
Als Experte für nachhaltige, batterielose Technologie hofft Hester, dass sein Team oder andere irgendwann in der Lage sein werden, FaceBit völlig batterielos zu machen. Derzeit können die Atmung und die Bewegungen des Trägers oder die Sonne die Lebensdauer der batterielosen Batterie verlängern. In Zukunft könnte das Gerät jedoch ausschließlich durch die gewonnene thermische und kinetische Energie betrieben werden.
Obwohl sein Team das Gerät an Freiwilligen in realen Szenarien getestet hat, muss FaceBit laut Hester noch klinische Studien und Validierungen durchlaufen. Das Team hat das Projekt als Open Source und Open Hardware veröffentlicht, damit andere das Gerät bauen und validieren können.
"FaceBit ist der erste Schritt in Richtung praktischer Gesichtserkennung und -inferenz und bietet eine nachhaltige, bequeme und komfortable Option zur allgemeinen Gesundheitsüberwachung für COVID-19-Mitarbeiter und darüber hinaus", so Hester. "Ich freue mich sehr darauf, dieses Gerät an die Forschungsgemeinschaft weiterzugeben, um zu sehen, was sie damit machen können."
Das Projekt "FaceBit: Smart Face Masks Platform" wurde von den Grants for Rapid Response Research der National Science Foundation zur Bekämpfung der COVID-19-Pandemie unterstützt (Award-Nummer CNS-2032408). FaceBit war eine Zusammenarbeit mit Nabil Alshurafa, Assistenzprofessor für Präventivmedizin an der Northwestern University Feinberg School of Medicine und für Informatik in McCormick.
Weitere Informationen:
https://news.northwestern.edu/stories/2022/01/fitbit-for-the-face-can-turn-any-face-mask-into-smart-monitoring-device/ [This is automatically translated from English]