Pruebas con maniquí y red WiFi Omicrono
Así podrá salvarte la vida el WiFi de tu casa: el router detectará que te cuesta respirar
Investigadores del NIST han creado el algoritmo BreatheSmart que analiza la calidad de la respiración de un paciente desde un router estandar.
29 diciembre, 2022 03:57A punto de despedir el 2022, es difícil encontrar una casa en España donde no haya un router sirviendo de conexión entre multitud de dispositivos e internet. El corazón del hogar inteligente puede ampliar sus funciones al convertirse en el guardián de la salud de cada miembro de la familia. En el futuro estos dispositivos podrán vigilar tu respiración, alertarán de caídas y detectarán síntomas de enfermedades como el párkinson.
La pandemia resultó ser un impulso enorme para la tecnología médica. La difícil situación de los hospitales y los enfermos en sus casas derivó en el desarrollo de nuevas técnicas y dispositivos como relojes inteligentes que controlan la temperatura corporal. Estudios que siguen llegando hasta hoy a las revistas científicas, como este nuevo proyecto que puede salvar vidas sin necesidad de nuevos aparatos en las casas.
Un equipo de investigadores del National Institute of Standards and Technology (NIST) ha trabajado desde 2020 en una solución para detectar problemas como la asfixia con la tecnología que ya se está usando en muchas viviendas. Su intención era ayudar a los médicos a combatir la pandemia de COVID-19, cuando los ventiladores eran escasos y las personas fallecían en sus hogares sin poder ser atendidos.
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Mientras otros proyectos con fines similares han desarrollado routers nuevos para llevar a cabo sus pruebas, el equipo de NIST ha apostado por el software para poder aplicar su invento en los routers y demás equipos WiFi ya disponibles en el mercado con una actualización del software. Sus avances se han publicado en la revista IEEE Access.
Alteraciones de la red
Para que los móviles, ordenadores, televisores, altavoces y hasta el cepillo de dientes inteligente que pueda haber en una casa se conecte a la red, los routers transmiten y reciben constantemente frecuencias de radio para enviar y recibir los datos de las diferentes conexiones. La señal atraviesa paredes, objetos y personas hasta llegar a los dispositivos, para después realizar el camino de vuelta hasta el router. De esta forma, es posible poner a funcionar el robot aspirador con el teléfono mientras se está a kilómetros de distancia.
Router en casa
De igual manera que los muebles o las paredes suponen una alteración de la señal, algo que en algunas casas implica colocar repetidores para mejorar la calidad en las habitaciones más alejadas, los movimientos de las personas, como su respiración también supone una alteración. La interferencia es ligera y no implica un problema grabe para el funcionamiento de la red, pero puede servir para otros usos.
En proyectos anteriores se ha visto que esas frecuencias de radio y su alteración pueden indicar caídas bruscas de las personas en casa, o dificultades al respirar. El equipo de NIST parte de esa base para crear BreatheSmart, un algoritmo de aprendizaje profundo que analiza los cambios minúsculos de la señal que emite y recibe la red WiFi para detectar cuando una persona en algún punto de la casa está sufriendo dificultades respiratorias.
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"Mientras el mundo de todos se ponía patas arriba, varios de nosotros en el NIST estábamos pensando en qué podíamos hacer para ayudar", dice Jason Coder, director de la investigación cuya principal ventaja es su compatibilidad con múltiples dispositivos. "No tuvimos tiempo de desarrollar un nuevo equipo, entonces, ¿cómo podemos usar lo que ya tenemos?".
Con los routers de siempre
La respuesta la dio la investigadora asociada Susanna Mosleh, de la Oficina de Laboratorios de Ciencia e Ingeniería (OSEL), sugiriendo el uso de la "información de estado del canal" o CSI, es decir, el conjunto de señales enviadas desde el cliente (como un smartphone o un ordenador portátil) al punto de acceso (como el enrutador). La señal CSI se envía desde el dispositivo siendo siempre la misma y el punto de acceso que recibe las señales CSI sabe cómo debe ser.
Sin embargo, a medida que las señales CSI viajan a través de la casa, se distorsionan al rebotar o perder fuerza y el punto de acceso puede analizar la cantidad de distorsión para ajustar y optimizar el enlace. Se trata de flujos de menos de un kilobyte, según explican los investigadores, que modificaron el firmware de un router para estudiar esos flujos CSI con más frecuencia, hasta 20 veces por segundo y generar una imagen detallada de los cambios en la señal.
Cámara anecoica y maniquí Omicrono
Las pruebas se realizaron en una habitación protegida de otras interferencias o cámara anecoica, dentro de la cual se colocó una maniquí como los que usan los médicos para estudios y formar a nuevos sanitarios. El maniquí cuenta con un torso capaz de replicar las diferentes condiciones de la respiración humana como la bradipnea (anormalmente lenta), la taquipnea (anormalmente rápida), el asma, la neumonía y enfermedades pulmonares obstructivas crónicas o EPOC.
Junto al maniquí, se colocó en la sala de aislamiento un router y un receptor WiFi comercial estándar. A medida que el maniquí "respiraba", el movimiento de su pecho alteraba el camino recorrido por la señal de WiFi dejando constancia del ritmo de la respiración. El siguiente paso, era buscar ayuda para analizar y comprender la gran cantidad de datos que recopilaron con las pruebas.
Aplicaciones para el móvil
La inteligencia artificial, más en concreto el aprendizaje automático, entró al rescate del equipo. Mosleh desarrolló un algoritmo para analizar los datos de CSI, comprenderlos y reconocer patrones con los que distinguir los diferentes problemas respiratorios recreados por el maniquí. El algoritmo BreatheSmart, "clasificó con éxito la variedad de patrones respiratorios simulados con el maniquí el 99,54 % de las veces", afirman desde el NIST.
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"Todas las formas en que recopilamos los datos se realizan en el software en el punto de acceso (en este caso, el router), lo que podría hacerse mediante una aplicación en un teléfono", dice Coder. Ahora los responsables de BreatheSmart espera que su tecnología llegue a los desarrolladores de aplicaciones y programas informáticos para que puedan aplicarla en su trabajo y crear soluciones y actualizaciones que lleguen a todas las casas. Esto permitiría a los médicos monitorear la salud respiratoria a distancia con una simple aplicación en el móvil, por ejemplo.
