PillowSense: powłoczka na poduszkę, która śledzi sen i pozycję

Naukowcy z Columbia Engineering stworzyli PillowSense – powłoczkę na poduszkę z wszytymi miękkimi czujnikami, która mierzy tętno, oddech, ruchy ciała i pozycję podczas snu. Urządzenie nie wymaga zakładania opaski ani zegarka na noc, a w testach domowych rozpoznawało siedem pozycji snu ze skutecznością 88% (miara F1).

Jak powłoczka odczytuje sygnały

Każde uderzenie serca i każde skurczenie mięśnia wytwarza słabe sygnały elektryczne, które można wykryć na powierzchni skóry. W PillowSense do ich zbierania służy przewodząca tkanina wszyta w powłoczkę. Działa ona jak elektroda, a czuła elektronika mierzy drobne różnice napięcia między czujnikami dotykającymi szyi śpiącej osoby.

System oddziela sygnały pochodzące z serca od tych z mięśni szyi. Na tej podstawie szacuje tętno i częstość oddechu oraz rozpoznaje wzorce typowe dla różnych pozycji. Badaczy zaskoczyło odkrycie, że aktywność mięśni szyi może też zdradzać, czy śpiący ma ugięte nogi. Jak ujął to pierwszy autor badania, Qijia Shao: „To otworzyło możliwość rozpoznawania bardziej szczegółowych pozycji snu za pomocą czujników ograniczonych do powłoczki”.

Dlaczego pozycja ma znaczenie

Tętno i oddech to użyteczne dane, ale pozycja dodaje do nich kolejny element obrazu. Sposób leżenia może wpływać na oddychanie i komfort, a zmiany pozycji pokazują zachowanie, którego same parametry życiowe nie ujawniają. Zespół prof. Xii Zhou chciał też sprawdzić, czy tkaninowe czujniki, wcześniej używane do wykrywania ruchu, poradzą sobie z sygnałami fizjologicznymi. Sen był tu naturalnym kandydatem, bo pomiar nie może przeszkadzać obserwowanej osobie.

Testy w domach i ograniczenia

Praca wymagała poradzenia sobie z trudnościami. Gdy śpiący się obraca, zmienia się kontakt szyi z poduszką, a na jakość sygnału wpływają też stan skóry i włosy. Zespół opracował metody przetwarzania sygnału i uczenia maszynowego, które mają te różnice kompensować. Badanie obejmowało 151 nocy w domowych warunkach, co pozwoliło obserwować całe noce, a nie krótkie sesje laboratoryjne. U zdrowych uczestników ruchy zdarzały się stosunkowo rzadko, co ma znaczenie praktyczne: bbardziej wymagające obliczeniowo rozpoznawanie pozycji uruchamia się właśnie po ruchu, więc rzadsze ruchy oznaczają mniej zbędnych obliczeń.

Jest jednak istotne zastrzeżenie: przy słabym kontakcie czujników w danych pojawiały się luki, a te fragmenty wyłączono z podawanych wyników rozpoznawania pozycji.

Warstwa z czujnikami odpina się i jest prania ręcznego, a resztę powłoczki można prać w pralce. Autorzy wyobrażają sobie zestaw zakładany na własną poduszkę i parowany z aplikacją, w której rano można przejrzeć przebieg nocy. Przetwarzanie na telefonie miałoby chronić prywatność.

Co to oznacza dla czytelnika

PillowSense to na razie prototyp badawczy, nie narzędzie diagnostyczne, i nie ma informacji o dostępności w sprzedaży – dotyczy to także Polski. Zastosowania kliniczne wymagałyby porównań z pomiarami referencyjnymi oraz badań na większych i bardziej zróżnicowanych grupach, w tym u osób starszych i z zaburzeniami snu. Jeśli takie rozwiązanie trafi kiedyś na rynek, w Europie podlegałoby zapewne unijnym regułom dotyczącym ochrony danych, co przy informacjach o zdrowiu ma szczególne znaczenie.

Dla osób, którym opaski i zegarki przeszkadzają w spaniu, pomysł jest obiecujący. Prof. Zhou podkreśla, że droga od prototypu do produktu wymaga wykazania, iż system pozostaje „dokładny, wygodny, niedrogi i łatwy w utrzymaniu” przez miesiące codziennego użycia.

Źródło: Medical Xpress – „A pillowcase that tracks sleep”