人们仅将智能扬声器(如Amazon Echo或Google Home)用作厨房定时器或晚宴音乐播放器的日子已经一去不复返了。这些设备已经开始帮助人们追踪自己的健康状况，甚至可以 监视心脏骤停。

现在，华盛顿大学的研究人员已经开发出一种新的智能扬声器技术，该技术可以使设备使用白噪声来安抚熟睡的婴儿并监视他们的呼吸和运动。

借助称为BreathJunior的这项技术，智能扬声器可以播放白噪声并记录噪声如何被反射回去，以检测婴儿微小胸部的呼吸运动。当研究人员在当地医院的新生儿重症监护室对五个婴儿进行BreathJunior测试时，它检测到的呼吸频率与标准生命体征监护仪检测到的呼吸频率非常匹配。

新的智能扬声器技术使设备可以使用白噪声来监视婴儿的运动和呼吸。图片来源：Dennis Wise /华盛顿大学

“新父母面临的最大挑战之一是确保婴儿获得充足的睡眠。他们还想在孩子睡觉时监视自己的孩子。考虑到这一点，我们试图建立一个系统，结合舒缓的白噪音的能力，悄悄地测量婴儿的运动和呼吸”的合着者博士说 雅各阳光，麻醉与疼痛医学在威斯康星大学学院助理教授医学。

为了使新父母感到轻松，该团队开发了一个可以在智能扬声器上运行的系统，该系统可以在Amazon Echo中复制硬件。

“智能扬声器正变得越来越普遍，这些设备已经具有播放白噪声的能力，”合著者， 西澳大学Paul G. Allen计算机科学与工程学院副教授，Sym Gollakota说道。在 UW计算一个健康组。“如果我们可以将这种白噪声功能作为一种非接触式方式来监视婴儿的手和腿的运动，呼吸和哭泣，那么智能扬声器将成为可以做到这一切的设备，这确实令人兴奋。”

白噪声是不同声音频率的 组合，它发出看似随机的舒缓声音，可以帮助掩盖可能唤醒熟睡的婴儿的其他噪声。为了将白噪声用作呼吸监测器，团队需要开发一种方法来检测智能扬声器播放的白噪声与从婴儿身体反射回扬声器的麦克风阵列之间的白噪声之间的微小变化。

“我们首先发送随机的白噪声信号。但是，我们正在生成此随机信号，因此我们确切地知道了随机性是什么。”第一作者，艾伦学院的博士生Anran Wang说 。那个信号熄灭并反射到婴儿身上。然后，智能扬声器的麦克风会返回随机信号。因为我们知道原始信号，所以我们可以从中消除任何随机性，然后只剩下有关婴儿运动的信息。”

检测婴儿的呼吸会产生额外的皱纹：他们的胸部移动非常微小，以致智能扬声器需要准确知道婴儿的位置才能“看到”他们的呼吸。

Wang说：“呼吸信号是如此微弱，以至于我们不能仅仅寻找返回的整体信号的变化。” “我们需要一种方法来扫描房间并查明婴儿的位置，以最大程度地提高白噪声信号的变化。我们的算法利用了以下事实：智能扬声器具有一系列麦克风，这些麦克风可用于关注婴儿胸部的方向。它开始侦听一堆潜在方向的变化，然后继续向提供最清晰信号的方向进行搜索。”

BreathJunior既可以跟踪微小的动作(例如涉及呼吸的胸部动作)，也可以跟踪较大的动作(例如婴儿在婴儿床中移动的动作)。它还可以拾取婴儿哭泣的声音。

该团队创建了一个智能扬声器原型，以在婴儿模拟器上测试BreathJunior。研究人员可以将模拟器设置为以特定速率呼吸，这使他们能够测试BreathJunior对各种呼吸速率的检测程度，从慢到每分钟20次呼吸到每分钟60次呼吸。婴儿模拟器还允许该团队测试BreathJunior是否可以检测到异常呼吸模式，例如呼吸暂停，这在早产且大脑中可能没有呼吸中枢的婴儿中很常见。该系统在两个测试中均表现良好。

然后，研究小组测试了他们的原型在新生儿重症监护病房或新生儿重症监护病房(NICU)中追踪真实婴儿呼吸的能力。这些婴儿已连接到医院级有线呼吸监控器，因此该小组可以将其读数与BreathJunior的读数进行比较。该系统能够准确识别每分钟高达65次呼吸的呼吸频率。

Sunshine说：“ NICU中的婴儿更有可能出现非常高或非常慢的呼吸速率，这就是为什么NICU如此密切地监视其呼吸的原因。” “ BreathJunior对于希望利用白噪声帮助孩子入睡，并且还希望有一种方法来监视孩子的呼吸和运动的父母具有巨大的潜力。它也具有作为监测临床上需要进行家庭呼吸监测的婴儿子集中呼吸的工具，以及在医生希望使用无线呼吸监测的医院环境中进行呼吸监测的工具。

“但是，非常重要的一点是要注意，美国儿科学会建议不要使用以自我市场营销为目的的监护仪，以降低婴儿猝死综合症的风险，这项研究和研究小组均未对此做出任何声明。”

虽然BreathJunior当前使用白噪声来跟踪呼吸和运动，但研究人员希望扩展其功能，以便它还可以使用摇篮曲之类的其他舒缓声音。

该小组计划通过UW分拆公司Sound Life Sciences Inc.将该技术商业化 。该团队将于10月22日在 墨西哥洛斯卡沃斯举行的MobiCom 2019大会上发表其发现 。

Gollakota说：“在短短几年中，我们从监视成年人的大动作到提取新生儿呼吸的微小动作已经走了很长一段路 。” “由于算法创新以及智能扬声器硬件的进步，这之所以成为可能。展望未来，人们可以设想将智能扬声器变成一种 “医疗三阶”，它可以非接触式监测呼吸以外的各种生命体征。”

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