Oamenii de știință dezvoltă „pijamale inteligente” pentru a monitorizarea precisă a somnului

Somnul joacă un rol esențial în menținerea sănătății, ocupând aproximativ o treime din viața umană. Cu toate acestea, peste 60% dintre adulți se confruntă cu probleme legate de calitatea somnului, ceea ce are consecințe negative asupra sănătății și economiei. Se estimează că între 44 și 54 de zile de muncă sunt pierdute anual din cauza somnului insuficient, iar impactul asupra PIB-ului global variază între 0,64% și 1,31%.
Printre principalele probleme care afectează calitatea somnului se numără respirația orală, sforăitul, bruxismul și apneea de somn. Aceste tulburări nu doar că reduc eficiența somnului, dar sunt și factori de risc pentru boli cardiovasculare, diabet și tulburări emoționale. De aceea, monitorizarea precisă a somnului este esențială pentru identificarea și gestionarea problemelor asociate.

În prezent, standardul de aur pentru diagnosticarea tulburărilor de somn este polisomnografia. Deși această metodă oferă informații detaliate prin monitorizarea activității cerebrale (EEG), mișcărilor oculare (EOG) și activității musculare (EMG), este costisitoare, complexă și dificil de utilizat pe termen lung la domiciliu. Pentru a îmbunătăți accesibilitatea, au fost dezvoltate sisteme portabile de testare a apneei de somn, însă acestea sunt adesea limitate la monitorizarea unor parametri specifici.

Deși dispozitivele purtabile, precum ceasurile inteligente sau brățările cu senzori, au devenit populare, ele nu pot oferi date suficiente pentru o analiză detaliată a stării de somn. Astfel, este necesară o soluție versatilă, confortabilă și precisă care să poată fi utilizată cu ușurință în viața de zi cu zi.

O soluție inovatoare: îmbrăcămintea inteligentă pentru monitorizarea somnului

Pentru a răspunde acestei nevoi, cercetătorii de la Universitatea din Cambridge au dezvoltat un nou dispozitiv purtabil sub forma unei îmbrăcăminți inteligente, care echilibrează precizia, confortul și versatilitatea în monitorizarea somnului. Sistemul este bazat pe o rețea de senzori ultra-sensibili imprimați direct pe gulerul hainelor, permițând detectarea unui spectru larg de activități legate de somn, inclusiv:

• Respirația nazală și orală;
• Sforăitul;
• Bruxismul (scrâșnirea dinților);
• Apneea centrală de somn (CSA);
• Apneea obstructivă de somn (OSA).

Senzorii sunt integrați în materialul textil printr-o tehnologie de imprimare cu grafen, care permite detectarea vibrațiilor subtile ale mușchilor laringelui extern, oferind o precizie ridicată (98,6%) în identificarea diferitelor stări de somn.

Tehnologia din spatele sistemului

Dispozitivul utilizează o rețea de senzori de tensiune care măsoară vibrațiile transmise de structurile anatomice implicate în respirație, cum ar fi valul palatin, orofaringele, limba și epiglota. Datorită tehnologiei de imprimare a senzorilor direct pe material, sistemul oferă o sensibilitate extrem de mare (factor de calibrare >100), durabilitate ridicată (peste 10.000 de cicluri de întindere) și scalabilitate.

Pentru a reduce interferențele cauzate de mișcările nocturne, cercetătorii au aplicat un tratament special de izolare a tensiunii, care stabilizează semnalul și minimizează artefactele. În plus, designul multi-canal al dispozitivului permite utilizarea acestuia fără a fi necesară o poziționare precisă, făcându-l ușor de purtat în scenarii reale.

Datele colectate sunt analizate de un model avansat de învățare profundă (SleepNet), care procesează semnalele și clasifică stările de somn cu o acuratețe de 98,6%. Modelul utilizează:

• Un encoder bidirecțional LSTM pentru analiza secvențială a datelor;
• Un modul de atenție multi-head derivat din arhitecturile Transformer, care îmbunătățește discriminarea semnalului;
• Un sistem de rețele neuronale convoluționale (ResNet) pentru extragerea caracteristicilor relevante.

Sistemul a fost testat pe șapte participanți sănătoși, iar modelele de învățare transferabilă au demonstrat că dispozitivul poate adapta rapid analiza somnului pentru noi utilizatori cu un număr minim de mostre (doar 15 per categorie), menținând o acuratețe de până la 95%.

Performanță superioară față de alte dispozitive

În comparație cu alte sisteme portabile de monitorizare a somnului, îmbrăcămintea inteligentă supraperformează în mai multe aspecte:

• Precizie ridicată datorită monitorizării vibrațiilor mușchilor laringieni;
• Design confortabil și ușor, care permite utilizare pe termen lung fără disconfort;
• Fără necesitatea unei poziționări exacte, spre deosebire de dispozitivele clasice;
• Capacitate de personalizare și învățare rapidă pentru fiecare utilizator.

Mai mult, testele de rezistență au arătat că senzorii rămân funcționali chiar și după 60 de minute de spălare, iar îmbrăcămintea păstrează o permeabilitate excelentă a aerului, prevenind iritațiile pielii în timpul purtării.

Concluzii și direcții viitoare

Acest nou sistem oferă o soluție promițătoare pentru monitorizarea zilnică a somnului, combinând precizia medicală cu confortul utilizării. Fiind scalabil și ușor de produs în masă, îmbrăcămintea inteligentă ar putea deveni un standard în monitorizarea somnului pentru consumatori.

Pentru viitor, cercetătorii își propun să extindă studiile pe populații mai diverse și să integreze tehnologia într-un sistem wireless cu consum redus de energie, facilitând utilizarea în scenarii reale și aplicații comerciale. Aceste îmbunătățiri ar putea transforma îmbrăcămintea inteligentă într-un instrument esențial pentru sănătatea somnului, contribuind la prevenirea și gestionarea afecțiunilor asociate.