Un « tour de cou intelligent » utilise l'IA afin d'aider les personnes souffrant de troubles de la parole à communiquer
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Des chercheurs ont mis au point un « tour de cou intelligent » portable qui utilise une combinaison d'électronique souple et de techniques d'intelligence artificielle pour permettre aux personnes souffrant de troubles de la parole de communiquer en détectant de minuscules mouvements de la gorge.
Le tour de cou intelligent, mis au point par des chercheurs de l'université de Cambridge, intègre des capteurs électroniques dans un tissu souple et extensible, et il est confortable à porter. Ce dispositif pourrait être utile aux personnes souffrant de troubles de la parole temporaires ou permanents, dus à une opération du larynx ou à des maladies telles que la maladie de Parkinson, un accident vasculaire cérébral ou une infirmité motrice cérébrale.
En intégrant des techniques d'apprentissage automatique, le tour de cou intelligent peut également reconnaître avec succès les différences de prononciation, d'accent et de vocabulaire entre les utilisateurs, réduisant ainsi la quantité d'entraînement nécessaire.
Le collier est un type de technologie connu sous le nom d'interface vocale silencieuse, qui analyse les signaux non vocaux pour décoder la parole dans des conditions de silence - l'utilisateur n'a qu'à prononcer les mots pour qu'ils soient capturés. Les signaux vocaux capturés peuvent ensuite être transférés vers un ordinateur ou un haut-parleur pour faciliter la conversation.
Les tests du collier intelligent ont montré qu'il pouvait reconnaître des mots avec une précision de plus de 95 %, tout en utilisant 90 % d'énergie de calcul en moins que les technologies de pointe existantes. Les résultats sont publiés dans la revue npj Flexible Electronics.
« Les solutions actuelles pour les personnes souffrant de troubles de la parole ne parviennent souvent pas à reconnaître les mots et nécessitent beaucoup d'entraînement », a déclaré le Dr Luigi Occhipinti du Cambridge Graphene Centre, qui a dirigé la recherche. « Ils sont également rigides, encombrants et nécessitent parfois une intervention chirurgicale invasive au niveau de la gorge ».
Le tour de cou intelligent mis au point par Luigi Occhipinti et ses collègues surpasse les technologies actuelles en termes de précision, nécessite moins de puissance de calcul, est confortable à porter pour les utilisateurs et peut être retiré dès qu'il n'est pas nécessaire. Le tour de cou est fabriqué à partir d'un textile durable à base de bambou, avec des capteurs de contrainte basés sur l'encre de graphène incorporés dans le tissu.
Lorsque les capteurs détectent une déformation, de minuscules fissures contrôlables se forment dans le graphène. La sensibilité des capteurs est plus de quatre fois supérieure à l'état actuel de la technique.
« Ces capteurs peuvent détecter de minuscules vibrations, comme celles qui se forment dans la gorge lorsqu'on chuchote ou même lorsqu'on prononce silencieusement des mots, ce qui les rend idéaux pour la détection de la parole », précise Luigi Occhipinti. « En combinant l'ultra-haute sensibilité des capteurs avec un apprentissage automatique très efficace, nous avons mis au point un dispositif qui, selon nous, pourrait aider un grand nombre de personnes qui ont des difficultés à s'exprimer."
Les signaux vocaux sont incroyablement complexes, de sorte que l'association d'un signal spécifique à un mot spécifique nécessite un niveau élevé de traitement informatique. « L'apprentissage automatique nous donne les outils dont nous avons besoin pour apprendre et adapter l'interprétation des signaux d'une personne à l'autre », assure Luigi Occhipinti.
Les chercheurs ont entraîné leur modèle d'apprentissage automatique sur une base de données des mots les plus fréquemment utilisés en anglais et ont sélectionné des mots fréquemment confondus, tels que « book » et « look ». Le modèle a été entraîné avec une variété d'utilisateurs, y compris des personnes de sexe différent, des anglophones natifs et non natifs, ainsi que des personnes ayant des accents différents et des vitesses d'élocution différentes.
Grâce à la capacité de l'appareil à capturer des caractéristiques de signaux dynamiques riches, les chercheurs ont constaté qu'il était possible d'utiliser des architectures de réseaux neuronaux légers avec une profondeur et des dimensions de signaux simplifiées pour extraire et améliorer les caractéristiques des informations vocales. Il en résulte un modèle d'apprentissage automatique très efficace sur le plan informatique et énergétique, idéal pour l'intégration dans des dispositifs portables fonctionnant sur batterie et dotés de capacités de traitement de l'intelligence artificielle en temps réel.
« Nous avons choisi d'entraîner le modèle avec un grand nombre de locuteurs anglais différents, afin de montrer qu'il était capable d'apprendre », explique Luigi Occhipinti. « L'apprentissage automatique a la capacité d'apprendre rapidement et efficacement d'un utilisateur à l'autre, de sorte que le processus de recyclage est rapide.
Les tests du collier intelligent ont montré qu'il décodait la parole avec une précision de 95,25 %. « J'ai été surpris par la sensibilité de l'appareil », a déclaré Luigi Occhipinti. « Nous ne pouvions pas capturer tous les signaux et la complexité de la parole humaine auparavant, mais maintenant que nous le pouvons, cela ouvre la voie à un tout nouvel ensemble d'applications potentielles."
Bien que le tour de cou doive faire l'objet de tests approfondis et d'essais cliniques avant d'être approuvé pour les patients souffrant de troubles de la parole, les chercheurs affirment que leur tour de cou intelligent pourrait également être utilisé dans d'autres applications de surveillance de la santé, ou pour améliorer la communication dans des environnements bruyants ou sécurisés.