Importante innovazione: i ricercatori sviluppano un cerotto autoalimentato che traduce i movimenti muscolari in parole

Un nuovo cerotto applicato al collo può tradurre i movimenti muscolari in parole, consentendo alle persone di parlare senza usare le corde vocali. Secondo i ricercatori dell’Università della California, il pad non solo rileva i movimenti del collo associati al parlato, ma sfrutta questo movimento per generare elettricità, il che significa che il dispositivo può funzionare senza batteria.

Il cerotto potrebbe teoricamente aiutare le persone con disturbi della voce a comunicare, compresi quelli che si stanno riprendendo da un intervento chirurgico per il cancro alla gola.

L’autore principale dello studio Jun Chen, un assistente professore di bioingegneria presso l’Università della California, a Los Angeles, ha avuto l’idea del cerotto dopo aver trascorso diverse ore a tenere lezioni e sentendo la sua voce stancarsi. Così Chen e i suoi colleghi hanno progettato un cuscinetto morbido per le persone che non possono parlare o che si stanno riprendendo da un disturbo vocale transitorio. Il design del cerotto si basa su uno studio pubblicato nel 2021 sulla rivista Nature Materials, nonché su precedenti ricerche sui materiali.

Dalla metà del XIX secolo gli scienziati sanno che le proprietà magnetiche di alcuni metalli rigidi possono cambiare se sottoposti a stress meccanico. Un esempio di ciò è una lega di ferro e gallio, chiamata Galfenol, il cui stato magnetico cambia se sottoposto a pressione. Nello studio del 2021, Chen e i suoi colleghi hanno dimostrato che la stessa idea potrebbe funzionare con un materiale morbido fatto di minuscoli magneti incorporati in un sottile silicio.

Nel loro ultimo studio, il team ha sfruttato questo materiale per creare un cuscinetto che risponde alla sottile pressione esercitata su di esso dal movimento dei muscoli del collo. Quando una persona esegue i movimenti necessari per parlare, il materiale risponde producendo segnali elettrici che possono essere tradotti in parole. Per fare questo, il tampone è composto da cinque strati molto sottili. Gli strati esterni del cuscinetto sono realizzati in materiale siliconico morbido e flessibile, mentre lo strato intermedio, realizzato in silicone e micromagneti, crea un campo magnetico che varia in base al movimento dei muscoli del collo. I due strati che lo circondano, costituiti da bobine di filo di rame, traducono queste variazioni del campo magnetico in segnali elettrici.

Questi segnali elettrici vengono quindi immessi in un algoritmo di apprendimento automatico che traduce gli impulsi in parlato. Per addestrare l’algoritmo, ciascun partecipante allo studio ha ripetuto 5 brevi frasi 100 volte mentre il programma monitorava i movimenti del collo. Pertanto, il sistema ha imparato ad associare movimenti specifici a una determinata frase.

In una dimostrazione della tecnologia che ha coinvolto otto persone con problemi di linguaggio, l’algoritmo era accurato al 95% circa nel tradurre i segnali elettrici in parlato. Questi test sono stati eseguiti utilizzando le stesse brevi frasi e frasi su cui è stato addestrato l’algoritmo. I risultati sperimentali hanno dimostrato che l’algoritmo può tradurre in modo affidabile i movimenti muscolari nelle forme d’onda corrette.

Sebbene questi risultati siano promettenti, la patch è ancora nelle prime fasi di sviluppo. I suoi studi erano limitati a sole otto persone e non è stato ancora testato su persone con disturbi del linguaggio.

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature Communications.

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