Nová modulární platforma pro biometrická nositelná zařízení s rozšířenou analýzou fyziologických veličin
Název projektu:
Nová modulární platforma pro biometrická nositelná zařízení s rozšířenou analýzou fyziologických veličin
Registrační číslo: CZ.01.1.02/0.0/0.0/20_321/0025155
Termín realizace: 1. 4. 2021 – 31. 5. 2023
Hlavní řešitel: Doc. RNDr. Martin Malčík, PhD.
Partner projektu: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava
Program: APLIKACE - VÝZVA VIII- OP Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost
Poskytovatel podpory: Ministerstvo průmyslu a obchodu
Anotace:
Projekt se zaměřuje na vývoj modulárního systému pro biometrická nositelná zařízení a to především biometrický náramek a biometrický hrudní pás. Koncepce systému však nabízí mnohem širší využití. Modulární systém může být využit pro dlouhodobé i krátkodobé měření a snímání vybraných biometrických dat - elektrodermální aktivity pokožky (EDA/GSR), variability srdečního rytmu (HRV) a teploty. Dlouhodobé snímání a měření elektrodermální aktivity pokožky není dnes příliš rozšířené z důvodů velmi obtížného zpracování a vyhodnocení naměřených signálů. Avšak právě signál EDA/GSR může být spolu s dalšími parametry (HR, HRV, teplota) významným markerem fyziologické odezvy organismu na lidské prožívání, emoce a stres. Na základě pravděpodobnostních modelů mohou tato data informovat uživatele o jeho fyzickém výkonu, zaměření pozornosti i zdravotním stavu, mentálním a emočním stavu. Vlastní měření srdečního rytmu (HR, HRV) a teploty je dnes poměrně snadno dostupné s využitím řady komerčních zařízení nositelné elektroniky. Kombinace s měřením signálů EDA/GSR je však velmi obtížná, protože signál GSR je často nestabilní a velmi zarušený. Dnes dostupná komerční nositelná elektronika nabízí často pouze jednoúčelové zařízení (náramek, hodinky, hrudní pás), které je vhodné pro určité typy aktivity nebo diagnostických šetření, ale informační hodnotou vytěženou ze zpracování signálu EDA/GSR neposkytují. Navržený koncept modulární platformy na bázi modulárního sensoru a SW je možné libovolně kombinovat a snadno kombinovat v rámci náramku, hrudního pásu nebo specializovaného diagnostického modulu. Toto řešení také do budoucna otevírá možnost sběru big dat a jejich analýzy mechanismy strojového učení pro získání dalších zajímavých informací.
V rámci realizace projektu (průmyslového výzkumu) předpokládáme vývoj modulárního autonomního biometrického sensoru navrženého pro dlouhodobé i krátkodobé snímání komplexních fyziologických parametrů, tj. srdečního rytmu (HR, HRV) a jeho variability, tělesné teploty a galvanické reakce pokožky (GSR). Na průmyslový výzkum bude navazovat experimentální vývoj s cílem vytvoření prototypu biometrického hrudního pásu pro rozšířenou a komplexní analýzu fyzického i psychického stavu sledované osoby. Součástí vývoje bude také vývoj SW aplikace pro analýzu a další zpracování naměřených fyziologických veličin. Pro zajištění standardizovaného měření a vyhodnocení naměřených dat bude vytvořena na základě rozsáhlého testování certifikovaná metodika, která bude realizována s ohledem na budoucí perspektivu možnosti vytěžení velkých dat k následným analýzám.
Projekt bude řešen ve třech etapách:
Etapa I. – analýza problematiky měření fyziologických projevů emocí a definování základního paradigmatu pro široce využitelné měření základních fyziologických parametrů (GSR, HR, HRV a tělesné teploty) pomocí biometrických nositelných zařízení. Vývoj 1. testovacího prototypu autonomního modulárního sensoru pro ověřování jednotlivých pracovních hypotéz v rámci sledování reakce autonomního nervového systému při různých typech a metodách měření.
Etapa II. – vývoj specializované SW aplikace pro mobilní i PC platformu, zpracovávající naměřená data (GSR, HR, HRV, tělesná teplota) přenesená bezdrátově z volitelného nositelného zařízení vybaveného autonomním sensorem. SW bude uživatele přehledně informovat o jeho aktuální mentální i emoční aktivitě, které jsou významnými markery pro účely telemedicíny. Na základě rozsáhlého souboru testovacích dat budou zpracovány příslušné pravděpodobnostní kalibrační modely, které dále využity pro kalibraci a klasifikaci okamžitých i dlouhodobých měření. SW aplikace tak nabídne uživateli jedinečnou personalizovanou pravděpodobnostní mapu emočních kategorií, které bude možné dále porovnat v libovolném časovém úseku a trendech. V rámci realizace SW aplikace bude také vyvinut algoritmus pro cílené získávání a následné vytěžování tzv. velkých dat (Big data), která vzniknou trvalým ukládáním naměřených dat z aplikovaných nositelných biometrických zařízení.
Etapa III. - vývoj prototypu biometrického hrudního pásu na bázi modulárního sensoru včetně příslušné SW podpory a příprava metodiky pro standardizaci biometrického šetření fyziologických projevů emocí. Na základě rozsáhlého testování prototypu modulárního biometrického sensoru bude realizován vývoj prototypu biometrického hrudního pásu, který bude zahrnovat kompletní zařízení včetně podpůrných SW modulů pro zpracování, analýzu a interpretaci dat. Rozsáhlá pilotáž a testovací měření pro různé skupiny a kategorie respondentů budou využity také pro přípravu metodiky. Cílem metodiky je popsat standardizovaný proces měření a sběru dat z biometrických šetření a následná precizace metod měření a formátů dat tak, aby bylo možno data zpracovávat algoritmy strojového učení. Metodika také umožní se dále zabývat analýzou “velkých dat” a návrhem tzv. predikčního pravděpodobnostního matematického modelu, který bude schopen predikovat potenciální zdravotní (psychické a fyzické) riziko v souladu se současnými trendy v telemedicíně. Metodika bude zaměřena na 3 hlavní skupiny uživatelů - laboratoře, profesionálové (psychologové, kouči, manažeři, personalisté), běžní uživatelé.
Projekt bude mít tyto plánované výstupy dle podmínek programu OP PIK:
Užitný vzor “Modulární biometrický sensor pro nositelná zařízení”. Užitný vzor bude zahrnovat kompletní řešení inovativního biometrického sensoru s možností měření GSR, HR, HRV a tělesné teploty včetně SW pro zpracování a analýzu naměřených dat pro individuální hodnocení emoční zátěže.
Software pro analýzu biometrických dat a prezentaci personalizovaných emočních charakteristik. Software umožní zpracování primárních dat z biometrického modulárního sensoru a jejich další zpracování a vyhodnocení. Na základě navržených algoritmů pro vytváření “velkých dat” bude SW navržen a připraven pro další analýzu a interpretaci naměřených dat, srovnání s přednastavenými pravděpodobnostními kalibracemi a prezentaci individuálních emočních charakteristik pro uživatele.
Prototyp inovovaného biometrického hrudního pásu s možností měření galvanické reakce pokožky (GSR), frekvence srdečního rytmu (HR), variability srdečního rytmu (HRV) a tělesné teploty. Naměřená biometrická data budou částečně vyhodnocena již ve vlastním hrudním pásu a předzpracovaná data budou odesílány pomocí bezdrátového přenosu do externího zařízení (mobil, tablet, PC) k dalšímu zpracování a prezentaci.
Dalšími výstupy projektu (VaV) budou:
Metodika “Standardizovaná analýza biometrických dat z vybraných fyziologických parametrů”. Metodika bude zaměřena na definování standardního postupu měření vybraných fyzikálních charakteristik (GSR, HR, HRV) a jejich následné vyhodnocení. Dále bude zahrnovat kompletní popis algoritmu pro vytváření a následnou analýzu “velkých dat” získaných v průběhu měření. To do budoucna umožní návrh pravděpodobnostního matematického modelu pro analýzu a zpracování těchto dat a vývoj metodiky pro následnou kalibraci naměřených dat Tím by byly rozšířeny a zpřesněny možnosti navrženého SW a výrazně by to navýšilo jeho užitnou hodnotu.
Publikace článku v odborném časopise (2x) na téma měření fyziologických charakteristik člověka a využití “velkých dat” pro efektivní analýzu emocí při měření GSR a HRV. Předpokládáme publikování metody matematického modelování nad “velkými daty”, které by mělo přispět k zásadnímu zlepšení interpretace výsledků měření GSR a HRV v různých situacích a následně k predikci a vizualizaci individuálních emočních vzorců, typů, popřípadě potenciálních zdravotních problémů a jejich řešení.
Kontakt:
Doc. RNDr. Martin Malčík, PhD.
E-mail: info@slamka.cz
Telefon: +420 603 254 759