¿Es posible hablar sin usar las cuerdas vocales? La investigación detrás del desarrollo de un dispositivo innovador
Descubre como la ciencia y la tecnología pueden transformar la vida de personas con problemas para vocalizar
¿Imagina poder hablar sin usar las cuerdas vocales? Parece algo sacado de la ciencia ficción, ¿verdad? Sin embargo, un equipo de investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), ha estado trabajando en un proyecto innovador que podría hacer realidad este escenario. En Alveritmos, se explorará cómo este dispositivo revolucionario podría cambiar la forma en que entendemos el habla y ayudar a personas con problemas en las cuerdas vocales.
En esta investigación desarrollada por Che, Z., Wan, X., Xu, J., Duan, C., Zheng, T., & Chen, J. (2024)., y publicada en Nature se ha desarrollado un sistema portátil de detección-actuación para el habla asistida sin necesidad de cuerdas vocales basado en efectos magnetoelásticos en un sistema de material blando. El dispositivo podría traducir el movimiento de los músculos laríngeos en señales de voz, permitiendo hablar sin utilizar las cuerdas vocales.
¿En qué consiste el aparato para hablar sin usar las cuerdas vocales?
El dispositivo desarrollado por el equipo de investigación de la UCLA utiliza una combinación de materiales magnéticos y técnicas de aprendizaje automático para permitir a las personas hablar sin necesidad de usar las cuerdas vocales. Consiste en una capa magnética (MC) y una membrana de actuación y detección, que se colocan en la garganta del usuario.
Se han probado y confirmado varias características atractivas del dispositivo, incluido un peso ligero de 7,2 g, una alta capacidad de estiramiento del 164 %, un módulo similar a la piel de 7,83 × 10^5 Pa, una SNR alta de 17,5, un tiempo de respuesta rápido de 40 μs, excelente calidad de producción de sonido y resistencia al agua.
Además, se ha demostrado que el dispositivo detecta señales únicas y distinguibles de cada programa de estudios a partir del movimiento de los músculos laríngeos, sin perder ninguna característica esencial de forma de onda para el análisis posterior. Con la ayuda de un algoritmo de aprendizaje automático, el dispositivo puede clasificar el contenido semántico de la señal de movimiento y seleccionar la señal de voz correspondiente para emitirla a través del componente de actuación. Este dispositivo ofrece una solución convincente para que los pacientes con trastornos de la voz se comuniquen.
¿De qué materiales está hecho el dispositivo para hablar sin usar las cuerdas vocales?
La fabricación del dispositivo implica el uso de materiales como el polidimetilsiloxano (PDMS) y el polvo magnético de neodimio-hierro-boro (NdFeB). Estos materiales se combinan y se moldean utilizando tecnologías de impresión en 3D y corte láser para crear la estructura necesaria para el funcionamiento del dispositivo.
El sistema portátil que detecta y produce sonidos se coloca en la garganta. Hay diferentes capas en el diseño del dispositivo, que se muestran en un diagrama detallado. Cuando los músculos se expanden, el dispositivo se estira en las direcciones horizontal y vertical, pero no tanto en la dirección vertical. Cuando los músculos se contraen, el dispositivo se estira menos en las direcciones horizontal y vertical, pero más en la dirección vertical.
Este cambio en la forma del dispositivo afecta al campo magnético causado por las partículas magnéticas dentro de él. Este cambio en el campo magnético genera corriente eléctrica en una bobina. En una foto, se puede ver el dispositivo cuando los músculos se expanden (en direcciones horizontal y vertical) y cuando se contraen (en dirección vertical). Las barras de escala en las fotos miden 1 cm.
Pruebas y simulaciones
Antes de poner a prueba el dispositivo en sujetos humanos, se llevaron a cabo pruebas y simulaciones para evaluar su resistencia y rendimiento en condiciones similares a las de la piel humana sudorosa. Se utilizó un sustituto de sudor artificial para garantizar la uniformidad en las pruebas.
Para la prueba final se consiguió a 8 participantes voluntarios equitativamente de ambos sexos de edad aproximada de 21 años en quienes se probó el rendimiento del dispositivo exitosamente.
Análisis de datos y aprendizaje automático
Una vez fabricado el dispositivo para hablar sin usar las cuerdas vocales y realizadas las pruebas necesarias, se procedió a analizar los datos obtenidos mediante técnicas de aprendizaje automático. Se utilizó el análisis de componentes principales (PCA) y máquinas de vectores de soporte (SVM) para clasificar los movimientos de la garganta y reconocer el habla.
Resultados de las pruebas del dispositivo
Los resultados de las pruebas del aparato para hablar sin usar las cuerdas vocales fueron prometedores. El dispositivo demostró una capacidad efectiva para reconocer los movimientos de la garganta y traducirlos en habla comprensible.
¿Cuál es la utilidad de este dispositivo?
Este avance tecnológico tiene el potencial de beneficiar a personas con problemas en las cuerdas vocales, como aquellos que han sufrido traumas o cirugías en la garganta. También podría encontrar aplicaciones en campos como la comunicación asistida y la tecnología wearable.
La investigación realizada por el equipo de la UCLA representa un paso significativo hacia el desarrollo de dispositivos que permitan a las personas comunicarse de manera más efectiva y accesible. Además, destaca el papel crucial que juegan la ciencia y la tecnología en la mejora de la calidad de vida de las personas.
En resumen, la investigación llevada a cabo por la Universidad de California, Los Ángeles, sobre el desarrollo de un dispositivo para hablar sin usar las cuerdas vocales es un emocionante ejemplo de cómo la ciencia y la tecnología pueden transformar nuestras vidas. Si bien aún quedan desafíos por superar, este avance representa un paso importante hacia un futuro en el que la comunicación sea más inclusiva y accesible para todos, especialmente en el caso de las personas que necesitan poder hablar sin usar las cuerdas vocales.
Referencia
- Che, Z., Wan, X., Xu, J., Duan, C., Zheng, T., & Chen, J. (2024). Speaking without vocal folds using a machine-learning-assisted wearable sensing-actuation system. Nature. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45915-7
