surveillance intelligent.
FaceBit peut surveiller la santé du porteur, détecter les battements de cœur à travers le visage.
Les ingénieurs de l'université Northwestern ont mis au point une nouvelle plate-forme de capteurs intelligents pour les masques faciaux qu'ils appellent un "Fitbit pour le visage".
Baptisé "FaceBit", ce capteur léger et de la taille d'un quart de pouce utilise un minuscule aimant pour se fixer à tout masque facial N95, en tissu ou chirurgical.
Non seulement il peut détecter en temps réel la fréquence respiratoire, la fréquence cardiaque et la durée de port du masque de l'utilisateur, mais il pourrait également remplacer les tests fastidieux en mesurant l'ajustement du masque. Toutes ces informations sont ensuite transmises sans fil à une application pour smartphone, qui contient un tableau de bord permettant de surveiller la santé en temps réel. L'application peut immédiatement alerter l'utilisateur en cas de problème inattendu, comme une fréquence cardiaque élevée ou une fuite dans le masque. Les données physiologiques pourraient également être utilisées pour prédire la fatigue, l'état de santé physique et l'état émotionnel.
Bien qu'une minuscule batterie alimente le dispositif, FaceBit est conçu pour récolter de l'énergie à partir de diverses sources ambiantes, notamment la force de la respiration de l'utilisateur, le mouvement, la chaleur de la respiration de l'utilisateur et le soleil. La durée de vie de la batterie du capteur s'en trouve prolongée, ce qui permet d'espacer les recharges.
"Nous voulions concevoir un masque facial intelligent pour les professionnels de la santé qui n'aurait pas besoin d'être branché au milieu d'un quart de travail", a déclaré Josiah Hester, de Northwestern, qui a dirigé le développement du dispositif. "Nous avons augmenté l'énergie de la batterie avec la récolte d'énergie de diverses sources, ce qui signifie que vous pouvez porter le masque pendant une semaine ou deux sans avoir à charger ou remplacer la batterie."
La recherche a été publiée la semaine dernière dans les Actes de l'ACM sur les technologies interactives, mobiles, portables et ubiquitaires. Dans cette étude, les chercheurs ont constaté que la précision de FaceBit était similaire à celle des appareils de qualité clinique, et que la batterie durait plus de 11 jours entre deux recharges. De plus amples informations sont disponibles sur le site facebit health.
M. Hester est professeur adjoint d'informatique, d'ingénierie informatique et d'ingénierie électrique et titulaire de la chaire Breed Junior de conception à la McCormick School of Engineering de Northwestern.
Approximation de l'essai d'ajustement
Avant de concevoir FaceBit, M. Hester et ses collaborateurs ont d'abord interrogé des médecins, des infirmières et des assistants médicaux afin de mieux comprendre leurs besoins en matière de masques intelligents. Dans une série d'enquêtes, tous les cliniciens ont indiqué que la qualité de l'ajustement du masque était la plus importante - surtout lorsqu'ils travaillent directement avec des patients atteints d'infections virales.
Pour s'assurer que leurs masques N95 sont correctement ajustés à leur visage, les travailleurs de la santé subissent périodiquement un "test d'ajustement" de 20 minutes. Au cours de ce processus, les travailleurs de la santé enfilent d'abord un masque N95, puis une cagoule transparente sur toute la tête. Un autre travailleur pompe ensuite des brouillards d'aérosols sucrés ou amers dans la cagoule. La concentration de l'aérosol augmente progressivement à l'intérieur de la cagoule jusqu'à ce qu'elle puisse être détectée par la personne portant le masque respiratoire. Si le porteur a un goût amer ou sucré avant un certain nombre de pompes d'aérosol, c'est que le masque n'est pas correctement scellé.
Bien que le FaceBit de Hester ne puisse pas encore remplacer ce processus fastidieux - qui constitue un défi de longue date dans le secteur médical - il peut garantir que le masque reste correctement ajusté entre les tests. Si le masque se détend au cours de la journée ou si l'utilisateur le heurte pendant une activité, par exemple, FaceBit peut alerter le porteur.
"Si vous portez un masque pendant 12 heures ou plus, votre visage peut parfois s'engourdir", a déclaré Hester. "Vous ne vous rendez peut-être même pas compte que votre masque est desserré parce que vous ne le sentez pas ou que vous êtes trop épuisé pour le remarquer. Nous pouvons approximer le processus de test d'ajustement en mesurant la résistance du masque. Si nous constatons une baisse soudaine de la résistance, cela indique qu'une fuite s'est formée, et nous pouvons alerter le porteur."
Biodétection centrée sur le visage
Mais le FaceBit ne se contente pas d'évaluer l'ajustement du masque : il peut également surveiller la personne qui le porte en temps réel. En recueillant divers signaux physiologiques - tels que les fréquences cardiaque et respiratoire - FaceBit peut aider les porteurs à mieux comprendre leur propre corps afin de prendre des décisions bénéfiques pour leur santé. Toutes les informations relatives à la santé, y compris le masque, l'ajustement et le temps de port, sont affichées sur l'application smartphone qui l'accompagne.
Selon M. Hester, chaque fois que le cœur d'une personne bat, sa tête bouge de façon imperceptible. FaceBit peut détecter ce mouvement subtil - et le différencier des autres mouvements - afin de calculer la fréquence cardiaque.
"Votre cœur pousse beaucoup de sang dans le corps, et la force balistique est assez forte", a déclaré Hester. "Nous avons pu détecter cette force lorsque le sang remonte une artère principale jusqu'au visage".
Comme les événements stressants peuvent provoquer des réactions physiologiques, notamment une respiration rapide, FaceBit peut utiliser ces informations pour avertir l'utilisateur de faire une pause, d'aller se promener ou de respirer profondément pour se calmer. Les systèmes hospitaliers pourraient également utiliser ces données pour optimiser les horaires de travail et de pause de leurs employés. Et comme la fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire sont étroitement liées, la possibilité de les surveiller sans effort pourrait ouvrir de nouvelles perspectives de recherche.
Un avenir sans piles
Expert en technologie durable et sans pile, M. Hester espère que son équipe ou d'autres pourront un jour rendre FaceBit totalement sans pile. Actuellement, la respiration et les mouvements du porteur ou le soleil peuvent prolonger la durée de vie de la batterie sans pile. Mais, à l'avenir, l'énergie thermique et cinétique récoltée pourrait alimenter le dispositif à elle seule.
Bien que son équipe ait évalué le dispositif sur des volontaires dans des scénarios réels, M. Hester a déclaré que FaceBit devait encore faire l'objet d'essais cliniques et d'une validation. L'équipe a publié le projet en tant que source ouverte et matériel ouvert afin que d'autres puissent construire et valider le dispositif.
"FaceBit constitue la première étape vers une détection et une inférence pratiques sur le visage, et offre une option durable, pratique et confortable pour la surveillance générale de la santé des travailleurs de première ligne de COVID-19 et au-delà", a déclaré Hester. "Je suis très enthousiaste à l'idée de confier ce projet à la communauté des chercheurs pour voir ce qu'ils peuvent en faire."
Le projet, intitulé "FaceBit : Smart Face Masks Platform", a été soutenu par les subventions de la National Science Foundation pour la recherche en réponse rapide à la pandémie de COVID-19 (numéro de bourse CNS-2032408). FaceBit est le fruit d'une collaboration avec Nabil Alshurafa, professeur adjoint de médecine préventive à l'école de médecine Feinberg de l'université Northwestern et d'informatique à McCormick.
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