Có thể đo nhịp tim bằng tín hiệu WiFi

• Chỉ với tín hiệu WiFi cũng có thể đo nhịp tim đạt mức độ lâm sàng
• Kết hợp thiết bị WiFi siêu rẻ với thuật toán giúp kiểm tra tình trạng sức khỏe mà không cần thiết bị đeo
• Có thể đo chính xác ở khoảng cách 3 mét bất kể vị trí hay chuyển động của người dùng
• Nhóm nghiên cứu đã huấn luyện thuật toán bằng dữ liệu từ các thiết bị giá rẻ như ESP32, Raspberry Pi
• Trong tương lai, công nghệ này có tiềm năng được dùng để đo nhịp thở và phát hiện ngưng thở khi ngủ

---

Tổng quan

• Nhóm nghiên cứu của UC Santa Cruz đã phát triển hệ thống Pulse-Fi có thể đo chính xác nhịp tim chỉ bằng tín hiệu WiFi thông thường trong gia đình
• Hệ thống này kết hợp thiết bị WiFi siêu rẻ với thuật toán máy học, cho thấy khả năng giám sát sức khỏe theo thời gian thực mà không cần thiết bị đeo truyền thống

Pulse-Fi: đo nhịp tim bằng WiFi và máy học

• Thiết bị WiFi phát ra sóng tần số vào môi trường xung quanh, và khi chạm vào các vật thể như con người, chúng tạo ra những thay đổi có thể được phát hiện bằng toán học trong sóng
• Pulse-Fi phân tích tín hiệu thu thập từ bộ phát và bộ thu WiFi bằng xử lý tín hiệu và máy học
  • Hệ thống lọc nhiễu để chỉ trích xuất những thay đổi tín hiệu rất nhỏ do nhịp tim gây ra
• Giáo sư, nghiên cứu sinh và một học sinh trung học tham gia nghiên cứu tại Baskin School of Engineering là những người dẫn dắt dự án

Kết quả thử nghiệm và độ chính xác

• Trên 118 người tham gia, chỉ cần đo trong 5 giây đã đạt độ chính xác ở mức lâm sàng
  • Sai số trung bình chỉ khoảng 0,5 nhịp/phút, và thời gian đo càng dài thì độ chính xác càng tăng
• Hệ thống hoạt động ổn định không chỉ trong môi trường phòng thí nghiệm mà còn với nhiều tư thế khác nhau (ngồi, đứng, nằm, đi bộ, v.v.) và vị trí đặt thiết bị khác nhau
• Vẫn cho kết quả rất chính xác ở khoảng cách 3 mét (khoảng 10 feet), và được kỳ vọng sẽ hoạt động tốt hơn nữa khi dùng thiết bị WiFi cao cấp như router thương mại

Xây dựng bộ dữ liệu

• Để huấn luyện thuật toán, nhóm đã trực tiếp thu thập dữ liệu bằng cách dùng đồng thời ESP32 và máy đo SpO2 tiêu chuẩn
  • Kết hợp dữ liệu Pulse-Fi với dữ liệu "đáp án chuẩn" từ máy đo SpO2 để huấn luyện mạng nơ-ron
• Pulse-Fi cũng được áp dụng lên một bộ dữ liệu quy mô lớn do một nhóm nghiên cứu khác xây dựng bằng Raspberry Pi

Ứng dụng và định hướng tương lai

• Trong các nghiên cứu tiếp theo, công nghệ này dự kiến sẽ được mở rộng sang các ứng dụng bổ sung như đo nhịp thở và phát hiện ngưng thở khi ngủ
• Các thử nghiệm chưa công bố cũng đã xác nhận tiềm năng đạt độ chính xác cao trong phát hiện hô hấp và cơn ngưng thở

Ứng dụng trong công nghiệp

• Các công ty quan tâm đến việc thương mại hóa có thể liên hệ với bộ phận chuyển giao công nghệ của UC Santa Cruz

Kết luận

• Sự kết hợp giữa phần cứng siêu rẻ và máy học mở ra khả năng giám sát nhịp tim và sức khỏe không tiếp xúc
• Công nghệ này được kỳ vọng sẽ tạo ra bước tiến mới trong việc kiểm tra sức khỏe tại nhà một cách dễ dàng và không xâm lấn, không cần thiết bị đeo hay thiết bị bệnh viện

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Một số người đề xuất dùng công nghệ này để theo dõi liên tục dữ liệu sinh học. Trong khi đó, vài người khác cho rằng điều này gây ra vấn đề quyền riêng tư. Nhưng vấn đề lớn hơn có thể là việc giám sát liên tục lại dẫn đến điều trị quá mức, khiến kết quả cho bệnh nhân tệ hơn. Lý do quan trọng là chúng ta thường chỉ theo dõi dấu hiệu sinh tồn khi đã nghi ngờ có gì đó bất thường. Nếu cứ liên tục quan sát một người khỏe mạnh, sẽ xuất hiện những dao động khá lớn và có thể trông như có vấn đề dù thực tế không có gì. Đây thực ra là điều đã được xác nhận bằng thực nghiệm trong bệnh viện khi theo dõi liên tục mẹ và em bé trong quá trình sinh. Ở một số phòng khám, họ bắt đầu giám sát liên tục ngay khi bệnh nhân đến nơi và cuối cùng thực hiện nhiều can thiệp không cần thiết hơn, khiến kết quả xấu đi dù ban đầu bệnh nhân vốn khỏe mạnh. Tất nhiên, cũng có thể một số phòng khám vốn đã có xu hướng điều trị quá mức, nhưng tôi thấy cách giải thích trực quan rằng giám sát quá mức dẫn đến điều trị quá mức là rất hợp lý
• Tôi từng nghe về cách trực thăng kiểm tra cột điện phát hiện tình trạng của cột gỗ (còn tốt hay đã mục) thông qua mẫu dội âm của sóng âm từ cánh quạt. Lĩnh vực cảm biến không xâm lấn (sử dụng các nguồn phát sẵn có/trong môi trường) đang phát triển thật sự ấn tượng
  • Trong lĩnh vực thi công viễn thông, người ta được đào tạo rằng khi làm việc quanh cột điện thì nhất định phải thực hiện "hammer test". Âm thanh của cột tốt, cột hơi mục và cột mục hoàn toàn khác nhau khá rõ
  • Bài gốc liên quan (2001): Công nghệ mới dùng laser trên không và AI để đánh giá độ tin cậy của kết cấu gỗ. Tôi không rõ nó có thực sự được thương mại hóa hay chưa, còn gần đây thì tôi cũng thấy các trường hợp ứng dụng ảnh nhiệt và ảnh đa phổ
  • Tôi tò mò không biết loại trực thăng cỡ lớn nào có thể thực sự tiếp cận các cột điện tiện ích đang nối với dây điện như vậy
  • Chụp CT chiếu bức xạ vào bệnh nhân nhưng vẫn là tiêu chuẩn điều trị
• Điều này làm tôi nhớ đến một tập Star Trek TOS, trong đó thuyền trưởng Kirk bị buộc tội giết người, rồi họ tách và phát hiện nhịp tim để tìm ra nạn nhân vẫn còn ở trên tàu. Đây là một tập gần 60 năm trước, nên nếu vô tình spoil thì xin bỏ qua
  • Nói với tư cách một fan Star Trek cổ điển: họ có thể quét cả một hành tinh để tìm thành viên phi hành đoàn, nhưng lại không biết ai đang ở trên chính con tàu của mình. Dù tàu có hệ thống giám sát âm thanh tổng quát, họ vẫn phải dùng intercom gắn tường
  • Bạn đã cướp mất cơ hội để tôi đùa câu “Spoiler!”. Thật ra còn oan hơn cả việc tiết lộ tập phim trước
  • Tóm tắt vui nhộn: planetofhats tóm tắt tập này
• Trái tim của mỗi người đều khác nhau. Tương tự như mống mắt hay dấu vân tay, tín hiệu tim độc nhất (cardio signature) có thể được dùng để phân biệt. Đã có nghiên cứu dùng laser để phát hiện điều này từ xa bài liên quan: Pentagon phát triển laser có thể nhận diện người chỉ bằng nhịp tim
  • Nhận diện sinh trắc học dựa trên cách cơ thể con người làm nhiễu truyền sóng WiFi | bài HN liên quan
    Các nhà nghiên cứu tập trung vào việc CSI áp dụng cho WiFi (Channel State Information: thông tin như biên độ và pha của tín hiệu điện từ) bị mỗi người làm méo khác nhau. Họ xử lý điều này bằng deep learning để rút ra chữ ký dữ liệu riêng dựa trên tín hiệu. Cách tiếp cận này có thể được áp dụng cho các hệ thống Re-ID (tái định danh) dựa trên tín hiệu
  • Dấu vân tay không thay đổi, nhưng nhịp tim thì khác nhau ở mỗi lần đập. Vì mỗi nhịp tim đều khác, nên “chữ ký tim” của từng cá nhân cũng sẽ luôn thay đổi, có lẽ sẽ gây khó khăn cho việc định danh liên tục một người cụ thể
• Không cần wearable gây khó chịu, không cần dây đeo ngực trên máy chạy bộ. Thậm chí cùng lúc theo dõi cả nhịp tim lẫn hô hấp? Giám sát 24/7 mọi người trong nhà bằng một Raspberry Pi giá rẻ? Tôi hy vọng công nghệ này không mất quá lâu để ra thị trường. Trông nó thật sự hữu ích
  • Có những kịch bản ứng dụng kiểu sci-fi rất tích cực. Nhưng điều đó chỉ có ý nghĩa khi dữ liệu và tự động hóa hoàn toàn nằm dưới sự kiểm soát của chính con người liên quan. Ví dụ: máy chủ tự host, GPU cục bộ, LLM cục bộ, nhận dạng giọng nói offline, quét 3D nhà và cơ thể cá nhân, v.v.
  • Tôi nghĩ nó cũng sẽ cực kỳ có giá trị trong việc chăm sóc. Tôi đang chăm bà của mình, mà ngay cả việc gắn AirTag vào chùm chìa khóa cũng không đơn giản. Những thiết bị như wearable hay Life Alert không thể được bà đeo đều đặn. Nếu có một hệ thống theo dõi sức khỏe thụ động, không xâm lấn, thì sẽ tuyệt vời biết bao
  • Công nghệ này nghe quá kỳ lạ, nên tôi có cảm giác ngành WiFi sẽ cực kỳ dè chừng nó. Có khi họ còn giữ chặt bằng sáng chế. Chính phủ chắc cũng không muốn những thứ như thế này được công chúng biết đến
  • Hack RSSI của WiFi (ví dụ: WiSee(2013)), Linksys Aware(-2024) tìm kiếm Google về Linksys Aware,
    thread liên quan: giải thích về 802.11bf,
    tìm kiếm 802.11bf: Google,
    “Nhận diện cử chỉ dùng tín hiệu không dây trong toàn bộ ngôi nhà” (2013): bài báo ACM,
    các bài được trích dẫn Google Scholar,
    nhận diện cử chỉ không dây dựa trên accelerometer nhiều bậc tự do, Awesome-WiFi-CSI-Sensing,
    cho đến cả công nghệ quét 3D và các lĩnh vực ứng dụng của nó
• Tôi là học sinh trung học đã phát triển công nghệ này. Nếu có câu hỏi gì thì cứ hỏi, tôi sẵn sàng trả lời
  • Xin chúc mừng, thật sự rất ấn tượng. Tôi thấy bài báo được liên kết thiếu khá nhiều chi tiết, nên tôi muốn hỏi liệu bạn có thể chia sẻ bài báo khoa học hay preprint không
• Nhìn việc nó chạy được trên chip ESP32, tôi tin chắc nó cũng sẽ hoạt động tốt trên chip WiFi của smartphone (dù bài báo không nhắc đến). Ngày nay nhiều người luôn mang smartphone theo bên mình. Điều này có thể cho phép xây dựng hồ sơ rất sâu về một người. Ví dụ, có thể biết họ đang xem gì trên điện thoại, đang nhận cuộc gọi nào, hoặc đang ở đâu, thậm chí biết cả những người khác ở gần đó (danh tính từ smartphone khác). Có vẻ như bằng cách kết hợp nhiều loại thông tin, người ta còn có thể biết nhiều hơn nữa, kể cả cảm xúc của người dùng (phấn khích, sợ hãi, tức giận, v.v.)
• Công nghệ như thế này không phải mới. Tín hiệu WiFi đã được dùng từ ít nhất 10 năm trước để phát hiện vật thể/người/động vật, phân tích dáng đi[1], nhận diện gõ phím[2], theo dõi hô hấp và nhịp tim[3], thậm chí nghe lén hội thoại[4].
  thảo luận HN trước đây,
  The Atlantic - Giám sát bằng Wi-Fi,
  bản lưu trữ
  1: bài báo IEEE về phân tích dáng đi
  2: bài báo ACM về phát hiện gõ phím
  3: bản lưu trữ về phát hiện hô hấp/nhịp tim
  4: bản lưu trữ về nghe lén hội thoại
  • Tôi tò mò không biết có ai thực sự từng triển khai thành công các kỹ thuật này hay chưa. Vài năm trước tôi từng xem xét một ứng dụng tương tự, nhưng hầu như mỗi phương pháp được nêu trong các bài báo đều có khá nhiều giới hạn hoặc lỗ hổng về phương pháp luận
  • Thực ra cùng nguyên lý đó cũng đã được áp dụng với âm thanh (sóng âm). Vài năm trước tôi nhớ mình từng thấy một bài báo về việc dùng loa và micro trong ô tô để xác định số người trong xe, đặc biệt nhằm phát hiện trẻ em hay thú cưng bị bỏ quên
  • [Theo công bố chính thức] việc thương mại hóa cho gia đình và văn phòng là điểm mới ở thời điểm hiện tại
• 802.11bf đang tập trung vào các ứng dụng sensing

  Nhờ những tiến bộ gần đây, công nghệ WiFi đã có thể thực hiện các chức năng sensing như phát hiện, định vị và nhận dạng
  Tuy nhiên, các chuẩn WLAN hiện có vốn được phát triển chủ yếu cho mục đích truyền thông nên chưa đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sensing nâng cao
  Vì vậy, nhóm làm việc IEEE 802.11 đã thành lập task group 802.11bf (TG) để xây dựng sửa đổi tiêu chuẩn nhằm xử lý các yêu cầu sensing tiên tiến, đồng thời giảm thiểu tác động đến truyền thông
  Bài báo liên quan: IEEE Xplore giới thiệu sensing 802.11bf,
  NIST nghiên cứu mở rộng cảm biến Wi-Fi,
  Cognitive Systems - 802.11bf tăng cường sensing legacy như thế nào
  Tham khảo: IEEE 802.11bi (tăng cường quyền riêng tư dữ liệu) cũng tồn tại

  • 802.11 Blue Falcon
• Thật đáng tiếc khi bài này (thông cáo báo chí) chỉ nhấn mạnh các tác động tích cực tự nhận của việc theo dõi sức khỏe, mà hoàn toàn không đề cập đến vấn đề quyền riêng tư. Công nghệ này có nguy cơ bị lạm dụng theo rất nhiều cách. Chẳng hạn, có thể theo dõi thay đổi nhịp tim sau khi xem quảng cáo để nhắm quảng cáo có khả năng tác động cảm xúc mạnh hơn. Việc theo dõi biến động nhịp tim khi mua sắm cũng tương tự. Thậm chí kẻ trộm cũng có thể dùng nó để phát hiện trong nhà có người hay không. Trong tương lai, có lẽ chúng ta sẽ không chỉ phải lo router WiFi không được cập nhật bị lợi dụng cho botnet, mà còn phải lo việc dữ liệu sinh trắc học như vị trí và mức độ kích thích bị theo dõi rồi đem bán
  • Một thị trường hiệu quả mới (=new and more efficient markets) sẽ mở ra