Įprastas komercinis išmanusis laikrodis gali tapti viso kūno judesių sekimo įrankiu vien dėl programinės įrangos atnaujinimo – be papildomų jutiklių ar kamerų. Kornelio universiteto tyrėjai pristatė sistemą „EchoMotion“, kuri 3D erdvėje realiu laiku nustato pagrindinių kūno taškų padėtį nuo galvos iki kulkšnių.
Sistema naudoja laikrodyje jau esančius garsiakalbį ir mikrofoną, o judesius „mato“ tyliais, žmogui beveik negirdimais garso impulsais. Grįžtantys aidai apdorojami lengvu dirbtinio intelekto modeliu, todėl sprendimas veikia pačiame įrenginyje ir nereikalauja jokios aparatinės modifikacijos.
Tokio tipo sekimas šiandien dažniausiai remiasi kameromis arba keliais ant kūno tvirtinamais sensoriais, o įprasti laikrodžių judesio jutikliai daugiausia „žino“ tik riešo trajektoriją. „EchoMotion“ siekia užpildyti šią spragą – atkurti viso kūno judesių vaizdą iš vieno, ant riešo dėvimo įrenginio.
Tyrėjai pabrėžia ir privatumo aspektą: skirtingai nei kameros, ultragarsinis sprendimas nefiksuoja vaizdo aplinkoje, todėl teoriškai galėtų būti patogesnis sporto salėse ar viešose erdvėse. Praktinis potencialas – nuo treniruočių technikos „koučingo“ iki reabilitacijos stebėsenos.
Kaip veikia „tylus sonar“ ant riešo
„EchoMotion“ skleidžia aukšto dažnio signalus maždaug 18 000–21 000 hercų ruože – arti žmogaus klausos ribos. Bangos atsispindi nuo rankų, kojų, liemens ir net aplinkinių paviršių, o mikrofonas užfiksuoja sugrįžtančius aidus.
Kiekvienas judesys pakeičia aidų „piešinį“: pakelta ranka, sulenktas kelis ar pasikeitusi laikysena sukuria skirtingus atspindžių laiko ir stiprumo derinius. DI modelis išmoksta šiuos dėsningumus atpažinti ir iš jų atkuria supaprastintą trimatį „skeletą“.
Modelis analizuoti suprojektuotas trumpais intervalais – maždaug trijų ketvirtadalių sekundės garso informacijos „langais“. Tuomet prognozuojamos santykinės 12 kūno taškų (įskaitant pečius, alkūnes, riešus, kelius ir kulkšnis) padėtys.
Įdomi detalė – sistema gali įvertinti judesius ir tada, kai dalis kūno nėra tiesiogiai „matoma“ laikrodžiui. Garso bangos gali atšokti nuo grindų ar kitų paviršių, o žmogaus judesiai yra tarpusavyje susieti biomechaniniais ryšiais, kuriuos modelis išnaudoja spėjimams patikslinti.
Bandymų rezultatai su komerciniais laikrodžiais
Kurdamas sprendimą, Kornelio universiteto komandos branduolys pirmiausia naudojo prototipą su keliomis garsiakalbių ir mikrofonų poromis. Vėliau svarbiausias klausimas buvo, ar metodas veiks ir įprastame laikrodyje, kur tokios papildomos įrangos nėra.
Technologija perkelta į nemodifikuotą „Samsung Galaxy Watch 6“, kuris turi po vieną garsiakalbį ir mikrofoną. 15 savanorių atliko 18 skirtingų judesių, tarp jų – pritūpimus, įtūpstus, rankų kėlimą, „jumping jacks“ ir ėjimą.
Bandymuose, kai DI susidurdavo su žmogumi, kurio judesių duomenų anksčiau nematė, vidutinė kiekvieno sekamo taško paklaida siekė 9,3 centimetro. Pritaikius individualų modelio patikslinimą su maždaug 12 minučių konkretaus žmogaus judesių įrašų, vidutinė paklaida sumažėjo iki 6 centimetrų.
Tyrėjai išbandė sprendimą ir su „Galaxy Watch 7“ bei „Google Pixel Watch 3“ – be papildomo pritaikymo konkrečiam įrenginiui. Šiais atvejais naujiems naudotojams vidutinė paklaida buvo apie 10 centimetrų, o vienai prognozei apdoroti laikrodyje prireikdavo maždaug 120 milisekundžių.
Ką tai galėtų reikšti sportui ir reabilitacijai
Komanda pripažįsta ribojimus: ultragarsui sunkiau „prasiskverbti“ pro storesnį audinį, todėl tikslumui gali būti svarbu trumpomis rankovėmis dėvimi drabužiai ar atsmauktos rankovės. Taip pat sudėtingi judesiai, kai vienu metu intensyviai dirba ir kojos, ir viršutinė kūno dalis, gali „supainioti“ aidų raštus.
Vis dėlto jau dabar „EchoMotion“ demonstruoja praktinį potencialą. Pilotiniame bandyme dviejose sporto salėse, esant garsiai foninei muzikai (76 decibelai), „Galaxy Watch 6“ su „EchoMotion“ atpažino 20 jėgos ir kardio pratimų tipų 95,4 proc. tikslumu, o pakartojimus suskaičiavo maždaug vieno pakartojimo tikslumu.
Tyrėjai teigia norintys tobulinti sprendimą taip, kad jis gebėtų pastebėti ir smulkesnes technikos klaidas, pavyzdžiui, netaisyklingą laikyseną atliekant pratimus. Taip pat svarstoma kombinacija su išmaniaisiais akiniais, kur akiniai fiksuotų, į ką žmogus žiūri ar ką laiko, o laikrodis papildytų vaizdą informacija apie viso kūno judesius, nenaudodamas kamerų.
Darbas pristatytas ACM UbiComp/ISWC konferencijoje Šanchajuje ir publikuotas „Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies“.
Leave a Reply