وایفای شما اکنون میتواند کاری بیش از پخش فیلم انجام دهد؛ میتواند ضربان قلب شما را حس کند. مهندسان دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، سیستمی را توسعه دادهاند که سیگنالهای بیسیم روزمره را به یک ابزار پزشکی تبدیل میکند.
تحقیقات اثبات مفهوم نشان میدهد که یک فرستنده و گیرنده وایفای ساده میتواند ضربان قلب را با دقت سطح بالینی و بدون نیاز به هیچ ساعت هوشمند، بند سینه یا مانیتور بیمارستانی اندازهگیری کند. این فناوری که Pulse-Fi نام دارد، از سختافزار ارزانقیمتی که در حال حاضر در خانهها و محلهای کار یافت میشود، استفاده میکند.
با اعمال الگوریتمهای یادگیری ماشینی بر روی سیگنالهای وایفای، این سیستم تغییرات ضعیف ناشی از ضربان قلب را تشخیص میدهد و نویزهای پسزمینه مانند حرکت یا تداخل محیطی را فیلتر میکند.
محققان این سیستم را روی ۱۱۸ شرکتکننده آزمایش کردند و به نتایجی تقریباً مشابه با مانیتورهای سنتی دست یافتند. تنها پس از پنج ثانیه پردازش سیگنال، Pulse-Fi ضربان قلب را با حاشیه خطای نیم ضربان در دقیقه اندازهگیری کرد. نظارت طولانیتر، صرف نظر از اینکه شرکتکنندگان نشسته، ایستاده، دراز کشیده یا در حال راه رفتن بودند، دقت را بیشتر بهبود بخشید.
وایفای ضربان قلب را ثبت میکند
ضربان قلب یکی از اساسیترین معیارهای سلامت است که با استرس، هیدراتاسیون و تناسب اندام مرتبط است. با این حال، معمولاً برای نظارت بر آن به دستگاههای پوشیدنی یا دستگاههای بالینی نیاز است. پالس-فای آیندهای را نشان میدهد که در آن روترهای وایفای به عنوان ردیابهای سلامت غیر مزاحم عمل میکنند.
نایان باتیا، دانشجوی دکترا که به همراه استاد علوم کامپیوتر، کاتیا اوبراچکا، رهبری این پروژه را بر عهده داشت، گفت: “نتایج ما نشان میدهد که این میتواند در محیطهای روزمره، بدون موقعیتیابی خاص یا تجهیزات گرانقیمت، کار کند.”
این تیم به تراشههای ESP32 فوقالعاده کمهزینه که با قیمت 5 تا 10 دلار به فروش میرسند و بردهای Raspberry Pi که حدود 30 دلار قیمت دارند، متکی بود. حتی در این قیمتها، سیستم دقیق عمل کرد. محققان گفتند که استفاده از روترهای تجاری احتمالاً عملکرد را حتی بالاتر میبرد.
زندگی دوم برای سیگنالهای وایفای
این سیستم با تجزیه و تحلیل نحوه رفتار امواج فرکانس رادیویی هنگام عبور از فضا کار میکند. وقتی سیگنالهای وایفای با بدن انسان برخورد میکنند، تا حدی جذب و پراکنده میشوند.
ضربان قلب باعث تغییرات ظریف اما قابل تشخیص در این سیگنالها میشود. الگوریتمهای Pulse-Fi با آموزش روی دادههای واقعی جمعآوریشده با اکسیمترهای استاندارد، یاد گرفتند که این تغییرات را تشخیص دهند.
محققان برای ساخت یک مجموعه داده، آزمایشهایی را در کتابخانه علوم و مهندسی دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، راهاندازی کردند. آنها نوسانات سیگنال WiFi را با اندازهگیریهای واقعی ضربان قلب مقایسه کردند و به شبکه عصبی خود آموختند که این دو را ترسیم کند. این گروه همچنین روش خود را با یک مجموعه داده موجود از محققان برزیلی که از دستگاههای Raspberry Pi استفاده میکردند، آزمایش کردند و دقت آن را بیشتر تأیید کردند.
فراتر از نبض
این تیم در حال حاضر روی گسترش سیستم برای ردیابی میزان تنفس کار میکند، که میتواند به تشخیص شرایطی مانند آپنه خواب کمک کند. نتایج اولیه و منتشر نشده نویدبخش هستند.
آنها همچنین دریافتند که Pulse-Fi میتواند ضربان قلب را از فاصله تا سه متر – تقریباً 10 فوت – به طور دقیق اندازهگیری کند و به لطف مدل یادگیری ماشین، عملکرد با افزایش فاصله کاهش نمییابد.
«پرانای کوچتا»، محقق دبیرستانی که از طریق برنامه کارآموزی علوم دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، به این پروژه پیوسته است، گفت: “آنچه ما دریافتیم این بود که فاصله اساساً هیچ تأثیری ندارد، که این یک چالش بزرگ برای رویکردهای قبلی بود.”
یافتههای این مطالعه در مجموعه مقالات کنفرانس بینالمللی IEEE 2025 در مورد محاسبات توزیعشده در سیستمهای هوشمند و اینترنت اشیا (DCOSS-IoT) منتشر شده است.