Как Wi-Fi может «слышать» ваше сердцебиение: наука, лежащая в основе бесконтактного мониторинга Pulse-Fi

В эпоху умных часов и фитнес-трекеров большинство из нас воспринимает пульсометр как нечто, что вы носите — ремешок, браслет или пластырь, измеряющий пульс через контакт с кожей. Но что, если бы ваш Wi-Fi-роутер мог делать то же самое, не прикасаясь к вам?

Это может показаться научной фантастикой, но исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крузе воплотили это в реальность. Их новая система Pulse-Fi может измерять сердцебиение, используя обычные сигналы Wi-Fi — без датчиков, ремней или носимых устройств. Это нововведение может изменить то, как мы следим за здоровьем дома, в больницах и даже в общественных местах.

Давайте разберемся, как это работает, почему это важно и куда эта технология может нас привести в будущем.

Что такое Pulse-Fi?

Pulse-Fi — это бесконтактная система мониторинга сердечного ритма , которая использует существующие внешние сигналы Wi-Fi (те же, которые подключают ваш телефон или ноутбук к Интернету) для измерения вашего пульса.

Вместо того, чтобы посылать специальные медицинские сигналы, он улавливает мельчайшие колебания, которые ваше тело создает в волнах Wi-Fi при биении сердца. Эти микроскопические колебания могут быть зафиксированы, отфильтрованы и проанализированы искусственным интеллектом для оценки вашего пульса в режиме реального времени.

Короче говоря: биение вашего сердца слегка изменяет сигнал Wi-Fi вокруг вас , и при помощи достаточно умных алгоритмов это изменение можно преобразовать в показания пульса.

Почему обнаружение пульса Wi-Fi является революционным

Мониторинг жизненно важных показателей, таких как частота сердечных сокращений и дыхание, критически важен для раннего выявления стресса, обезвоживания, заболеваний сердца и других проблем со здоровьем . Традиционно это подразумевает ношение какого-либо устройства — от умных часов до нагрудного кардиопередатчика — или подключение к больничным мониторам.

Это не всегда практично.

1. Носимые устройства могут быть неудобными или раздражающими при длительном использовании.

2. Низкая степень прилегания: люди забывают надеть их или снять на ночь.

3. Стоимость может стать препятствием , особенно для устройств медицинского назначения.

Pulse-Fi позволяет избежать всех этих проблем. Поскольку технология использует сигналы, уже присутствующие в помещении, она:

1. Полностью бесконтактно — вам не нужно ничего прикасаться или надевать.

2. Низкая стоимость — стоимость оборудования составляет всего от 5 до 30 долларов .

3. Доступность — может работать везде, где есть Wi-Fi.

Это означает, что данная технология может обеспечить мониторинг здоровья в домах, медицинских центрах, на рабочих местах и ​​даже в развивающихся регионах без дорогостоящей медицинской инфраструктуры.

Как Wi-Fi может измерить частоту сердечных сокращений?

Может показаться невероятным, что что-то столь слабое, как биение сердца, может повлиять на волны Wi-Fi. Но вот научное обоснование.

Wi-Fi работает за счёт передачи радиоволн по воздуху. Когда эти волны сталкиваются с движущимся объектом — даже если это лёгкое движение вашей грудной клетки или лёгкая вибрация, вызванная сердцебиением, — сигнал слегка изменяется. Эти изменения сигнала отражаются обратно на приёмник Wi-Fi.

Система Pulse-Fi улавливает эти мельчайшие колебания и отделяет их от всех фоновых шумов — таких, как движение других людей, наличие предметов в комнате или случайные электронные помехи.

Вот что происходит шаг за шагом:

1. Захват сигнала: Pulse-Fi использует недорогие устройства (например, чипы ESP32 или Raspberry Pi ) для считывания данных сигнала Wi-Fi.

2. Фильтрация шума: система удаляет фоновые помехи, изолируя мельчайшие ритмичные изменения, соответствующие ритму сердцебиения.

3. Анализ на основе ИИ: легкая модель искусственного интеллекта анализирует эти отфильтрованные сигналы и рассчитывает частоту пульса пользователя в режиме реального времени.

4. Дисплей: частота сердечных сокращений отображается на дисплее или передается в систему мониторинга — и все это без какого-либо физического контакта.

Этот процесс происходит непрерывно, что позволяет Pulse-Fi пассивно отслеживать сердцебиение человека, пока доступен Wi-Fi.

Тестирование технологии: что показали эксперименты

Исследовательская группа Калифорнийского университета в Санта-Крузе под руководством профессора Кати Обрачки , а также научного сотрудника-постдокторанта Наяна Санджая Бхатии и стажера старшей школы Праная Кочеты провели серию тестов, чтобы доказать, что Pulse-Fi действительно работает.

Эксперимент 1: Расстояние и точность

Семь добровольцев сидели на расстоянии 1, 2 и 3 метров (примерно от 3 до 10 футов) от двух Wi-Fi-устройств с поддержкой Pulse-Fi. Показания их пульса сравнивались со стандартными медицинскими приборами, называемыми пульсоксиметрами .

Результат:
Показания Pulse-Fi имели среднюю погрешность менее 1,5 ударов в минуту , что почти соответствует точности эталонных датчиков.

Эксперимент 2: Движение и поза

Затем исследователи протестировали более 100 участников, занимавшихся повседневными делами — ходьбой, сидением, бегом на месте или стоянием на месте.

Результат:
Система сохраняла точность, даже когда люди двигались или меняли позу. Она также работала на расстоянии до 3 метров , доказав, что сигнал Wi-Fi может регистрировать жизненно важные показатели даже в небольшом помещении.

Эти результаты были представлены на Международной конференции 2025 года по распределенным вычислениям в интеллектуальных системах и Интернете вещей , где Pulse-Fi привлек внимание своей простотой и реальным потенциалом.

Малое оборудование, большой потенциал

Одно из главных преимуществ Pulse-Fi заключается в том, что он не требует специализированного оборудования. Команда разработчиков разработала его для работы на простых вычислительных устройствах, таких как микроконтроллер ESP32 стоимостью 5–10 долларов или мини-компьютер Raspberry Pi стоимостью 30 долларов. Они недорогие, широко доступны и легко интегрируются в устройства умного дома или маршрутизаторы.

Это означает, что в будущем данная технология может быть непосредственно встроена в:

1.Умные роутеры , которые автоматически отслеживают ваше здоровье.

2.Системы домашней безопасности , которые детектируют не только движение, но и дыхание и сердцебиение.

3.Системы ухода за пожилыми людьми , которые оповещают лиц, осуществляющих уход, если у кого-то внезапно падает частота сердечных сокращений.

4. Больничные палаты , в которых осуществляется беспроводной мониторинг состояния пациентов, что сокращает количество кабелей и дискомфорт.

Поскольку модель ИИ, используемая в Pulse-Fi, может быть обобщена для новых сред (а это означает, что ее не нужно каждый раз переобучать), она легко адаптируется для реальных приложений.

Бесконтактный мониторинг сердечного ритма против традиционных носимых устройств

Давайте сравним Pulse-Fi с наиболее распространенными носимыми устройствами, используемыми сегодня.

Бесконтактная природа Pulse-Fi делает его идеальным решением для долгосрочного отслеживания состояния здоровья , особенно для пожилых людей, пациентов больниц или тех, кто испытывает трудности с соблюдением правил использования носимых устройств.

Потенциальные возможности использования Pulse-Fi и подобных технологий

Хотя Pulse-Fi все еще находится на стадии исследований и тестирования, его возможности уже обширны.

1. Домашний мониторинг здоровья

Представьте, что вы приходите домой с работы, а ваш Wi-Fi незаметно проверяет ваш пульс и дыхание . Он может обнаружить ранние признаки стресса, усталости или аритмии ещё до того, как вы заметите их.

2. Отслеживание сна

В отличие от камер или носимых устройств, которые могут быть навязчивыми, система на базе Wi-Fi может контролировать качество вашего сна и дыхания совершенно бесконтактно, что полезно для выявления апноэ во сне или нарушений ночного сна.

3. Уход за пожилыми людьми

Для пожилых людей, живущих одних, Pulse-Fi может обеспечить пассивный мониторинг безопасности. При обнаружении внезапного снижения частоты сердечных сокращений или аритмии устройство может отправить уведомление лицам, осуществляющим уход, или членам семьи.

4. Больничные заявки

Больницы могли бы развернуть в палатах системы мониторинга состояния здоровья на основе Wi-Fi, чтобы непрерывно отслеживать состояние пациентов без необходимости использования множества проводных датчиков, что позволило бы уменьшить беспорядок и повысить комфорт.

5. Благополучие на рабочем месте

В офисах отслеживание состояния здоровья через Wi-Fi может использоваться (с согласия) для контроля за самочувствием сотрудников — выявления ранних признаков стресса или усталости.

А как насчет конфиденциальности и безопасности?

Как бы захватывающе ни звучала идея мониторинга состояния здоровья с помощью Wi-Fi , она также поднимает важные вопросы конфиденциальности и этики .

Поскольку сигналы Wi-Fi теперь могут обнаруживать биологическую активность, что мешает кому-то использовать их для слежки за другими без их согласия? Исследователи осознают этот риск и подчеркивают, что безопасность данных должна быть встроена в систему с самого начала .

Потенциальные меры безопасности включают в себя:

1.Шифрование данных всех показаний сигнала Wi-Fi.

2. Обработка ИИ на устройстве , благодаря чему необработанные данные о состоянии здоровья никогда не покидают ваш дом.

3.Согласие пользователя перед активацией.

4.Строгое регулирование для реализаций медицинского класса.

Как и камеры или умные колонки, бесконтактные средства мониторинга должны сочетать инновации с защитой конфиденциальности.

Каковы текущие ограничения?

Несмотря на многообещающие первые результаты Pulse-Fi, технология пока несовершенна.

1.Однопользовательская среда:
Текущие прототипы могут отслеживать только одного человека одновременно. Исследовательская группа сейчас изучает возможность обнаружения нескольких пользователей для работы в групповых или семейных условиях.

2. Помехи сигнала:
Физические препятствия или другие беспроводные устройства могут искажать показания. В сложных условиях может потребоваться калибровка.

3.Ограниченные метрики:
Сейчас Pulse-Fi измеряет в основном пульс. В будущих версиях он сможет определять частоту дыхания, вариабельность сердечного ритма и даже показатели эмоционального стресса.

4.Регулятивное одобрение:
Чтобы использовать изделие в качестве медицинского изделия, оно должно пройти строгие процедуры проверки и сертификации.

Несмотря на эти проблемы, данная концепция имеет огромный потенциал для дополнения, а не замены существующих методов отслеживания состояния здоровья.

Будущее беспроводного отслеживания состояния здоровья

Pulse-Fi является частью более широкой тенденции в области технологий охраны здоровья окружающей среды — систем, которые контролируют ваше самочувствие без необходимости вашего участия.

В следующем десятилетии мы можем увидеть:

1. Умные дома , которые отслеживают частоту сердечных сокращений, дыхание и сон жильцов через Wi-Fi.

2. Маршрутизаторы на базе искусственного интеллекта , которые также выполняют функцию персональных центров здоровья.

3. Неинвазивные больничные системы , использующие радиосигналы вместо электродов.

Объедините это с достижениями в области машинного обучения, периферийных вычислений и Интернета вещей , и отслеживание состояния здоровья на основе Wi-Fi может стать таким же распространенным явлением, как сегодня датчики температуры или детекторы движения.

Ключевые выводы

Pulse-Fi — это инновационная система, которая использует сигналы Wi-Fi для измерения частоты сердечных сокращений — совершенно бесконтактная и недорогая.

Он такой же точный, как и традиционные датчики пульса, с погрешностью менее 1,5 ударов в минуту .

Система работает на доступном оборудовании, таком как чипы ESP32 и Raspberry Pi .

Возможные области применения включают мониторинг состояния здоровья на дому, уход за пожилыми людьми, отслеживание сна и больницы .

Конфиденциальность и точность многопользовательских данных по-прежнему остаются проблемами, но будущее выглядит многообещающим.

Заключительные мысли

Идея о том, что ваш Wi-Fi может «слышать» ваше сердце , может показаться фантастической, но она быстро становится реальностью. Pulse-Fi представляет собой переход от носимых устройств к невидимому отслеживанию состояния здоровья , где само ваше окружение становится безмолвным опекуном.

Так же, как Wi-Fi изменил то, как мы общаемся с миром, вскоре он может изменить то, как мы понимаем и защищаем свое здоровье .

По мере развития этой технологии становится ясно одно: в ближайшем будущем ваша домашняя сеть будет знать не только скорость загрузки, но и частоту сердечных сокращений.