Високотехнологічна наклейка може ідентифікувати справжні людські емоції

Говорити одне, відчуваючи інше, є частиною людського життя, але стримування емоцій може мати серйозні психологічні наслідки, такі як тривога або панічні атаки. Щоб допомогти постачальникам медичних послуг відрізнити їх, команда під керівництвом вчених із Penn State створила розтягнуту наклейку, яка перезаряджається, яка може виявляти справжні емоції, вимірюючи такі показники, як температура шкіри та частота серцевих скорочень, навіть якщо користувачі показують сміливе обличчя.

У дослідженні, опублікованому в журналі Nano Letters, дослідники нещодавно представили нашивку, яка може одночасно і точно відстежувати кілька емоційних сигналів,  і подали попередній патент на цю технологію. 

«Це новий і покращений спосіб зрозуміти наші емоції, дивлячись на кілька сигналів тіла одночасно», — сказав Хуанью «Ларрі» Ченг, доцент кафедри інженерних наук і механіки в Пенсільванському університеті Меморіалу Джеймса Л. Хендерсона-молодшого та провідний автор статті. «Покладатися лише на вираз обличчя, щоб зрозуміти емоції, може ввести в оману. Люди часто не показують, що вони насправді відчувають, тому ми поєднуємо аналіз виразу обличчя з іншими важливими фізіологічними сигналами, що зрештою призведе до кращого моніторингу психічного здоров’я та підтримки».

Пластир, схожий на наліпку, відстежує низку фізіологічних реакцій, таких як температура шкіри, вологість, частота серцевих скорочень та рівень кисню в крові, які пов’язані з емоційними станами. Найголовніше, пояснив Ченг, що датчики пристрою розроблені для незалежної роботи, мінімізуючи будь-які перешкоди між різними вимірюваннями.

Пристрій поєднує аналіз фізіологічних сигналів із даними про вираз обличчя, щоб краще розрізнити справжні емоції від дійсних. Потім він бездротовим способом передає дані вимірювань у режимі реального часу на мобільні пристрої та хмару, де клініцисти потенційно можуть використовувати їх для кращої віртуальної оцінки пацієнтів. Пристрій не записує особисту інформацію, лише сигнали, пояснив Ченг, тобто особиста конфіденційність захищена дизайном пристрою.

«Ця технологія має потенціал, щоб допомогти людям, які борються зі своїм психічним здоров’ям, але, можливо, не зовсім чесні з іншими чи навіть із самими собою щодо того, наскільки вони борються», — сказав Янбо Юань, співавтор статті та докторант Пенсільванського університету, який вивчає інженерні науки та механіку.

Ченг пояснив, що зібрані дані можуть також допомогти подолати культурні або соціальні розриви, які можуть проявлятися в тому, що людина виглядає більш стоїчною або експресивною для своїх медичних працівників. «Відстежуючи ці сигнали, можна було б виявити такі проблеми, як тривога або депресія, на ранніх стадіях їх прогресування».

Дослідники побудували еластичний пристрій розміром з BandAid, склавши разом тонкі шари гнучких металів, таких як платина та золото, і нарізавши їх хвилеподібними формами, які зберігають чутливість, навіть якщо їх тягнути або скручувати. Вони також використовували шари матеріалів, які змінюють потік електричного струму залежно від температури, і вбудовували порожнисті трубки з атомів вуглецю, які поглинають воду та відстежують рівень вологості.

Кілька датчиків були розроблені та розміщені на пристрої таким чином, щоб вони не заважали вимірюванням один одного. Наприклад, дослідники помістили жорсткий шар під датчики температури та вологості, щоб захистити їх від розтягування, яке зазнають датчики виразу обличчя. Вони також використовували водонепроникний шар для захисту датчиків температури та деформації від вологи.

«Ми розробили цей пристрій, щоб вимірювати ці різні сигнали незалежно, не заважаючи один одному, забезпечуючи набагато чіткішу та точнішу картину того, що відбувається під поверхнею», — сказав Лібо Гао, співавтор статті та доцент Університету Сямень.

Далі команда навчила модель штучного інтелекту (AI) читати та розуміти ознаки виконаних і справжніх людських емоцій. Дослідники залучили вісім осіб, загальний розмір вибірки для пілотних досліджень, щоб виконати шість типових виразів обличчя: щастя, здивування, страх, смуток, гнів і відраза.

Учасники показували кожне емоційне вираження 100 разів, поки пристрій відстежував їхні рухи. Потім дослідники передали ці дані в модель ШІ, навчивши її співвідносити певні рухи обличчя з різними емоціями. Потім вони залучили ще трьох учасників для подальшої оцінки здібностей моделі. Він класифікував виконану міміку з точністю 96,28%.

Коли справа дійшла до відстеження справжніх емоцій, дослідники перевірили, наскільки добре пристрій відстежує психологічні реакції тих самих учасників під час перегляду відеороликів, створених для виклику емоцій. Пристрій правильно ідентифікував емоції з точністю 88,83%, а датчики підтвердили, що психологічні реакції узгоджувалися з відомими зв’язками між емоціями та психологічними реакціями, такими як підвищення температури шкіри та частоти серцевих скорочень під час подиву та гніву.

Ченг зазначив, що можливість бездротової передачі даних означає, що медичні працівники потенційно можуть віддалено контролювати людей і надавати своєчасну емоційну підтримку за допомогою телемедицини.

«Цей датчик може виконувати життєво важливу функцію для подолання прогалин у доступі до медичної допомоги», — сказав він. «Враховуючи зростаючий рівень стресу в сучасному суспільстві, здатність стежити за емоціями може забезпечити ранні індикатори виснажливих умов і дозволити проактивну підтримку».

Він пояснив, що пристрій також відкриває двері для інших систем діагностики та лікування хвороб на основі штучного інтелекту (ШІ), окрім простого розпізнавання емоцій. Він зазначив, що клініцистам можуть бути потенційні застосування для кращого розуміння психічного та емоційного стану невербальних пацієнтів, кращого визначення поведінкових і психологічних симптомів деменції та розпізнавання передозування опіоїдами. Одного разу цю технологію можна буде навіть використовувати для моніторингу хронічних ран і лікування захворювань, додав він, а також для відстеження прогресування нейродегенеративного захворювання та спортивних результатів.

«Хоча цей пристрій все ще знаходиться на стадії досліджень і розробок, цей пристрій є значним кроком вперед у нашій здатності відстежувати та розуміти людські емоції, потенційно прокладаючи шлях до більш проактивних та персоналізованих підходів до психічного здоров’я», — сказав Ченг.

Інші учасники включають Hongcheng Xu з Xi’an Jiaotong University. Національні інститути здоров’я США та Національний науковий фонд США фінансували внесок дослідників Пенсільванського штату в цю роботу.