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Una laringe artificial que rastrea la lengua
Investigadores de Sudáfrica están trabajando en un nuevo tipo de laringe artificial que no tendrá la voz ronca de los dispositivos existentes. El sistema rastrea el contacto entre la lengua y el paladar para determinar qué palabra se pronuncia y utiliza un sintetizador de voz para generar sonidos.
Haciendo contacto: El palatómetro de la imagen superior se utiliza normalmente en logopedia. Investigadores en Sudáfrica están entrenando al dispositivo para que reconozca las palabras pronunciadas por personas a las que se les ha extirpado la laringe. El gráfico de espacio-tiempo en la imagen inferior corresponde al patrón de contacto lengua-paladar de la palabra estado.
De acuerdo con la Instituto Nacional del Cáncer , a unos 10,000 estadounidenses se les diagnostica cáncer de laringe cada año, y la mayoría de los pacientes con cáncer avanzado deben extirparse la laringe.
Todos los dispositivos disponibles actualmente producen un sonido tan malo: suena robótico o tiene una voz ronca, dice Megan Russell, candidata a doctorado en el Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, Sudáfrica. Sentimos que la tecnología estaba ahí para una solución de voz sintetizada artificial.
El sistema usa un palatómetro: un dispositivo que se parece mucho a una placa de ortodoncia y que normalmente se usa para terapia del habla. El dispositivo, fabricado por CompleteSpeech de Orem, UT, rastrea el contacto entre la lengua y el paladar mediante 118 sensores táctiles integrados. El software para la laringe artificial fue escrito por Russell y sus colegas de la Universidad de Witwatersrand. Su trabajo se presenta en el Congreso Internacional de Ingeniería Biomédica y Farmacéutica esta semana en Singapur.
Para usar el dispositivo, una persona se lleva el palatómetro a la boca y pronuncia las palabras con normalidad. El sistema intenta traducir esos movimientos de la boca en palabras antes de reproducirlos en un pequeño sintetizador de sonido, quizás guardado en el bolsillo de una camisa.
Hasta ahora, Russell ha entrenado el sistema para reconocer 50 palabras comunes en inglés al decir cada palabra varias veces con el palatómetro en la boca. La información puede representarse en un gráfico binario de espacio-tiempo y colocarse en una base de datos. Cada vez que el usuario habla, los patrones de contacto se comparan con la base de datos para identificar la palabra correcta.
El equipo de Russell ha probado el sistema de identificación de palabras utilizando una variedad de técnicas. Un enfoque implica alinear y promediar los datos producidos mientras se entrena el dispositivo para algunas instancias de una palabra para crear una plantilla para la comparación. Otro compara características como el área de los diagramas de datos en el gráfico y el centro de masa en los ejes X e Y. Un sistema de votación compara los resultados de métodos seleccionados para ver si hay acuerdo. Los investigadores también han probado un sistema de análisis predictivo, que considera la última palabra pronunciada para ayudar a determinar la siguiente.
Russell dice que cuando se combinan los elementos de voto y predictivo, el sistema identifica la palabra correcta el 94,14 por ciento de las veces, aunque esto no incluye palabras que el sistema clasifica como desconocidas y elige omitir. Russell dice que eso sucede aproximadamente el 18 por ciento de las veces. Pero elegir la palabra incorrecta podría llevar a situaciones sociales muy difíciles, dice Russell, por lo que es mejor que el sistema rechace las palabras poco claras y permanezca en silencio.
El equipo espera eliminar los cables planos del palatómetro, que se salen de la boca del usuario, y en su lugar crear un sistema en el que los datos se transmitan de forma inalámbrica desde el palatómetro a un sintetizador de voz. El grupo también necesita mejorar el sistema de análisis predictivo y ampliar la base de datos de palabras.
El equipo de Russell también necesitará probar muchos más sujetos, incluidos los que no tienen laringe, antes de que el dispositivo esté ampliamente disponible.
También tenemos la intención de implementar un grado de modulación de tono y volumen controlado por el usuario para lograr un sonido más natural, dice David Rubin, profesor adjunto de ingeniería eléctrica y de la información en la Universidad de Witwatersrand y uno de los asesores de Russell en proyecto. Por ejemplo, pretendemos que el usuario pueda lograr la típica inflexión hacia arriba en la voz cuando hace una pregunta en comparación con una declaración.
También es importante que el equipo mejore la velocidad de procesamiento del dispositivo. Ahora el sistema tarda más de un segundo en identificar y reproducir la palabra correcta. En última instancia, este tiempo debe reducirse a menos de 0,3 segundos para que los observadores vean que los labios y la voz de la persona están sincronizados, dice Russell.
Investigadores de la Universidad de Hull en el Reino Unido están explorando un enfoque diferente al problema. Colocan imanes en la boca y estos para medir cambios en el campo magnético alrededor de la boca que corresponden al movimiento. Actualmente, los investigadores de Hull utilizan pegamento quirúrgico para colocar seis imanes en los labios, la garganta y la lengua. Al final, se implantarían los imanes. Todavía estamos averiguando cuál es el mejor lugar para colocarlos, dice James Gilbert , profesor titular de ingeniería en Hull.
Al igual que el equipo de Witwatersrand, el grupo Hull espera eliminar gran parte del cableado y ampliar su conjunto de datos. Actualmente, el sistema Hull solo puede identificar 10 palabras y la precisión puede oscilar entre el 70 y el 100 por ciento.
Sin embargo, Gilbert cuestiona si todas las palabras podrían identificarse alguna vez usando un palatómetro. Los métodos de análisis parecen razonables, dice, pero agrega que, para algunas palabras, el contacto con el paladar es muy limitado.
El equipo de Witwatersrand cree que su diseño es superior porque no requiere implantes quirúrgicos. En el caso de que la idea general resulte viable, esperamos poder celebrar acuerdos con las empresas que producen los sistemas existentes que nos permitan avanzar con este enfoque de una laringe artificial, dice Rubin.