WLAN-Router sind bekannt dafür, Daten kabellos in unglaublicher Geschwindigkeit zu übertragen. Die unsichtbaren Frequenzen, die dabei durch den Raum wandern, können dabei selbst kleinste Bewegungen registrieren.
Wissenschaftler:innen des National Institute of Science and Technology (NIST) ist es nun gelungen, Unregelmäßigkeiten in der Atmung eines Menschen mit Hilfe eines ganz gewöhnlichen Routers erkennbar zu machen. Dies könnte es in Zukunft ermöglichen, Patient:innen mit Atemwegserkrankungen besser zu überwachen. Wenn zum Beispiel jemand kurz vor einem Asthma-Anfall steht, könnte diese Technologie einen Alarm auslösen und Hilfe herbeiholen.
Kombination aus modifiziertem Router und Deep Learning-Algorithmus macht es möglich
Die Forscher:innen machen sich dabei die Interaktion der Router mit den sogenannten Channel State Information (CSI) zunutze. Das sind Signale, die von Geräten wie Smartphones oder Laptops ausgehen und vom Router
erkannt werden. Die kleinen Datenpakete werden durch Hindernisse im Raum, wie Wände oder Gegenstände, beeinflusst und umgelenkt, was der Router wiederum registriert. Im Normalfall verbessert er mit diesen Informationen das Signal. Damit selbst minimale Veränderungen im menschlichen Atem so erkannt werden, haben die Forscher:innen den Router so modifiziert, dass er die CSI mit einer höheren Frequenz abfragt.
Die Wissenschaftler:innen testeten dies mit Hilfe einer medizinischen Puppe, die verschiedene Atmungsarten nachstellt – also auf Kommando langsamer oder schneller atmet und Beschwerden wie Asthma oder Lungenentzündungen imitiert. Tatsächlich hat der WLAN-Router erfolgreich registrieren können, wenn sich die Atmung der Puppe, und somit die eingehenden Signale verändert haben.
Damit die so gesammelten Daten auch verständlich verarbeitet werden können, entwickelten die Forscher:innen einen Deep Learning-Algorithmus mit dem Namen BreatheSmart. Dieser hilft dabei, aus den Signalen Muster zu lesen und sie verschiedenen Atemwegserkrankungen zuzuordnen. BreatheSmart hat im Testaufbau in 99,54 Prozent aller Fälle die richtigen Atmungsmuster erkennen können.
Gibt es bald eine App, die Deine Atemgesundheit checkt?
Diese ersten Versuche zeigen, dass es möglich ist, den Atem mit einem handelsüblichen Router zu messen und Atemwegserkrankungen zuverlässig erkennen zu können, ohne dass dafür aufwändige und teure medizinische Geräte notwendig sind. Die NIST-Forscher:innen hoffen nun darauf, dass sie diese Technologie samt Algorithmus weiterentwickeln können.
So könnten Krankenhäuser solche Systeme einsetzen um Patient:innen mit Atemwegserkrankungen zu überwachen. In Zukunft könnte es auch möglich sein, dass Du zu Hause Deine Atmung mit Hilfe einer Gesundheits-App immer punktgenau im Blick hast.
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