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大數(shù)據(jù)文摘出品
最近,美國加州大學(xué)圣克魯茲分校的一支工程團(tuán)隊(duì),成功用普通WiFi信號(hào)測量心率,完全不需要任何可穿戴設(shè)備。
這項(xiàng)名為“Pulse-Fi”的技術(shù),使用低價(jià)WiFi芯片,結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法,在僅五秒內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)臨床級(jí)心率監(jiān)測精度。
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研究者表示,無論被測者坐著、站著、躺著,甚至在房間內(nèi)移動(dòng),系統(tǒng)都能精準(zhǔn)捕捉心跳。
最令人驚訝的是,即使相距三米,甚至接近十英尺,Pulse-Fi仍保持測量穩(wěn)定性。
換句話說,一個(gè)普通家用WiFi路由器,未來也許就能變成健康監(jiān)測儀。
以往測心率總需要貼身設(shè)備,比如智能手表、健身環(huán),或醫(yī)院級(jí)設(shè)備,而Pulse-Fi直接打破這個(gè)技術(shù)依賴。
研究人員用的ESP32芯片每個(gè)成本僅5到10美元,遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)醫(yī)療器械。
而即使采用稍貴的Raspberry Pi芯片,總體造價(jià)也僅在30美元左右,為資源匱乏地區(qū)提供了極具吸引力的健康監(jiān)測方案。
研究成果已發(fā)表在2025年IEEE智能系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)分布式計(jì)算國際會(huì)議上。
01 信號(hào)里的心跳
Pulse-Fi的工作原理,來源于一個(gè)人人家中都有的現(xiàn)象:WiFi信號(hào)會(huì)被周圍物體吸收和擾動(dòng)。
WiFi設(shè)備不斷向空間發(fā)射射頻波,這些波穿過空間中的人體、家具等障礙物時(shí),波形會(huì)發(fā)生細(xì)微變化。
Pulse-Fi系統(tǒng)由一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器組成,其核心是一個(gè)能識(shí)別心跳信號(hào)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。
算法經(jīng)過訓(xùn)練后,能從復(fù)雜信號(hào)中剝離出心跳造成的微小擾動(dòng),排除環(huán)境噪聲與人體活動(dòng)的干擾。
研究者指出:信號(hào)本身極其敏感,若不仔細(xì)濾波,心跳的痕跡會(huì)完全淹沒在背景噪聲中。
為了訓(xùn)練算法,他們不得不自行收集信號(hào)樣本,因?yàn)榇饲皬奈从袌F(tuán)隊(duì)用ESP32芯片記錄過這類數(shù)據(jù)。
他們?cè)谛@圖書館搭建測試平臺(tái),用標(biāo)準(zhǔn)血氧儀作為“地面真值”,同步記錄心跳和WiFi信號(hào)變動(dòng),構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。
共118名志愿者參與實(shí)驗(yàn),每人測試17種不同體態(tài),總計(jì)2000多組數(shù)據(jù),為模型提供豐富樣本。
團(tuán)隊(duì)還參考了巴西研究團(tuán)隊(duì)用Raspberry Pi收集的全球最大WiFi心率數(shù)據(jù)集,進(jìn)一步驗(yàn)證算法通用性。
測試發(fā)現(xiàn):使用Raspberry Pi設(shè)備時(shí),系統(tǒng)性能甚至優(yōu)于ESP32,說明設(shè)備檔次越高,測量越穩(wěn)定。
關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是:測量距離和體態(tài),對(duì)性能幾乎沒有影響。即使被測者遠(yuǎn)離設(shè)備、以各種姿態(tài)存在,系統(tǒng)依舊穩(wěn)健運(yùn)行。
02 心跳之外的未來
目前,研究者正推動(dòng)Pulse-Fi的下一步目標(biāo):呼吸率監(jiān)測,甚至用于篩查睡眠呼吸暫停等呼吸系統(tǒng)異常。
他們已經(jīng)在呼吸檢測方面取得了“高度可行”的初步成果,相關(guān)論文尚未發(fā)表,但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)令人期待。
項(xiàng)目成員表示,這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)初衷之一,就是覆蓋日常生活中一切真實(shí)場景,不要求靜止、不要求貼近,只需WiFi信號(hào)存在即可。
這種理念,為未來構(gòu)建“無感知健康監(jiān)測系統(tǒng)”提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
想象一下,你家客廳的路由器,不只是上網(wǎng)工具,更可能是家庭醫(yī)生的“耳朵”。
這對(duì)老年人、慢病患者,甚至運(yùn)動(dòng)愛好者,都具備極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。
而在醫(yī)療資源稀缺地區(qū),這種低成本、非接觸式的技術(shù),將極大緩解醫(yī)療系統(tǒng)負(fù)擔(dān),拓展基本健康服務(wù)的覆蓋面。
研究團(tuán)隊(duì)也表示,未來如有企業(yè)對(duì)商業(yè)化感興趣,可聯(lián)系加州大學(xué)創(chuàng)新轉(zhuǎn)化部門,探索進(jìn)一步開發(fā)與落地。
研究核心成員包括計(jì)算機(jī)工程教授Katia Obraczka、博士生Nayan Bhatia,以及年僅高中生的訪問研究員Pranay Kocheta。
值得一提的是,這位高中生不僅參與了建模與算法驗(yàn)證,還推動(dòng)了多個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),是項(xiàng)目中不可或缺的一環(huán)。
隨著研究深入,這項(xiàng)技術(shù)或許將改變我們的日常生活方式,讓“被動(dòng)健康監(jiān)測”變得像WiFi一樣普及。
注:頭圖AI生成
作者長期關(guān)注 AI 產(chǎn)業(yè)與學(xué)術(shù),歡迎對(duì)這些方向感興趣的朋友添加微信Q1yezi,共同交流行業(yè)動(dòng)態(tài)與技術(shù)趨勢(shì)!
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