Salvando Vidas con la Supresión de Ruido Mejorada por IA

AI puede hacer muchas cosas. A estas alturas, somos bastante conscientes de sus capacidades y potencial. Sin embargo, cuando escuchamos sobre salvar vidas con la supresión de ruido mejorada por IA, ¡nos resulta divertido! No obstante, ya no es una cuestión de imaginación o realidad especulativa. La investigación más reciente muestra un novedoso sistema de supresión de ruido basado en IA para la detección eficiente de víctimas por UAVs. El sistema resulta especialmente útil en eventos de desastres naturales. 

Supresión de Ruido Mejorada por IA: Mejorando la Propuesta de Valor de los UAVs

Los Vehículos Aéreos No Tripulados han demostrado su valía al mostrar resultados en misiones de búsqueda y rescate, que se vuelven críticas y difíciles de llevar a cabo de manera eficiente después de desastres naturales a gran escala como los terremotos. Tras tales calamidades, una de las consecuencias más evidentes de un terremoto es el volumen de escombros generado.

Sin embargo, los UAVs, con sus hélices, generan una cantidad considerable de sonido. Este sonido, a menudo percibido como ruido, desafortunadamente ahoga los sonidos humanos que podrían provenir de bajo los escombros, pidiendo ayuda. Abordando este problema, la innovación científica que discutimos aquí ayuda a suprimir eficazmente este ruido de UAV y a amplificar los sonidos humanos. La piedra angular de esta solución es un modelo de IA realmente poderoso conocido como GANs o Redes Generativas Antagónicas. 

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¿Cómo funcionan los GANs?

El modelo de IA que utilizan los GANs puede aprender una variedad de tipos de datos con precisión. Esta propiedad o característica del modelo fue aprovechada por los investigadores/desarrolladores para que el modelo aprendiera con exactitud los diversos tipos de datos de sonido de las hélices de UAV. 

Después de aprender estos sonidos, el modelo aprendido podía generar un sonido similar al de las hélices de UAV. Este sonido se llamó sonido pseudo-UAV. 

La solución final consistió en restar este sonido pseudo-UAV del sonido real capturado por los micrófonos a bordo del UAV. El resultado fue que el operador escuchaba y reconocía de forma clara y correcta los sonidos humanos provenientes del entorno.  

La técnica y su mecanismo de desarrollo recibieron muchos elogios de la comunidad científica. Tenía varias ventajas sobre el sistema tradicional de supresión de ruido. 

Por ejemplo, podía suprimir eficientemente el ruido del UAV dentro de un rango de frecuencia estrecho con mucha más precisión. También resultó ser lo suficientemente ágil para adaptarse a las fluctuaciones del ruido del UAV en tiempo real. 

Además, las pruebas de la solución mostraron resultados impresionantes al demostrar que podía mejorar considerablemente los niveles de sonido humano. Al resumir los beneficios de la nueva solución y por qué podría ser una ventaja para futuras misiones de búsqueda y rescate, el profesor Chinthaka Premachandra del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Escuela de Ingeniería del Shibaura Institute of Technology tiene lo siguiente que decir: 

“Suprimir el ruido de las hélices del UAV de la mezcla de sonidos mientras se mejora la audibilidad de las voces humanas presenta un problema de investigación formidable. La intensidad variable del ruido del UAV, que fluctúa de manera impredecible con diferentes movimientos de vuelo, complica el desarrollo de un filtro de procesamiento de señal capaz de eliminar eficazmente el sonido del UAV de la mezcla. Nuestro sistema utiliza IA para reconocer eficazmente el sonido de las hélices y abordar estos problemas.”

Se ha llevado a cabo una cantidad significativa de investigación en el área de supresión de ruido. Una de las investigaciones más notables entre ellas provino de la Universidad de Loughborough. Llamada Sonobex, esta solución de la universidad abordó los riesgos para la salud que el ruido ambiental nos plantea, incluyendo tinnitus y pérdida auditiva, presión arterial baja y enfermedades cardiovasculares. También conduce a deterioro cognitivo en niños y perturba nuestro sueño, bienestar mental y social. 

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Sonobex: Estructuras Canceladoras de Ruido para Entornos Urbanos

Sonobex aborda uno de los desafíos centrales que la mayoría de las soluciones de cancelación de ruido ambiental enfrentan: cómo reducir sin prohibir el flujo libre de aire y luz en la habitación. La investigación exploró metamateriales acústicos, especialmente cristales sónicos, para crear barreras de ruido eficientes al organizarlos en arreglos de varillas cilíndricas. 

Los investigadores pudieron observar que era posible variar el rango de frecuencia sonora bloqueada por este método. Este hallazgo llevó a una mayor aplicabilidad de la solución. Las barreras de sonido podrían usarse en la construcción, la industria, el transporte y la generación de energía.

Dado que el espaciado era ajustable, se podía permitir suficiente espacio entre las dos barreras para facilitar el flujo de aire y luz. El flujo también creó espacio para la refrigeración por aire del equipo.

A menudo, las soluciones arquitectónicas aparecen como un obstáculo para lograr una superioridad estética. Esta solución está libre de eso en el sentido de que puede fabricarse a partir de una variedad de materiales. 

Los arquitectos podrían explorar diversas opciones. Por ejemplo, el supresor de ruido podría usarse como una cubierta de ventana. Fue un valor añadido significativo ya que la carga de viento a menudo planteaba problemas para las barreras de ruido sólidas convencionales. Estas requerían un soporte considerable. Los huecos en este sistema y el factor de permeabilidad al viento ayudaron a reducir este problema. 

La solución demostró su valía más allá del entorno de laboratorio al volverse funcional, rentable, respetuosa con el medio ambiente y adecuada para la salud y el bienestar. 

De hecho, Sonobex recibió numerosos premios durante su ciclo de innovación. Obtuvo fondos de investigación de la East Midlands Development Agency, el Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), Innovate UK y la Royal Academy of Engineering.

La practicidad de la innovación para aplicaciones reales se demostró claramente cuando, en enero de 2017, la empresa holandesa de ingeniería y fabricación Merford la adquirió. Añadiendo a la credibilidad del producto, Sonobex obtuvo la certificación ISO 9001:2005 de aseguramiento de calidad, consolidando aún más su posición en el mercado. Como prueba de su creciente aceptación y efectividad, los paneles acústicos NoiseTrap de Sonobex están encontrando un uso cada vez mayor en varios sitios de toda Europa.

Según Joost Vertooren, Director de Desarrollo Corporativo de Merford:

“Sonobex ofreció exactamente lo que Merford, con más de sesenta años de experiencia en control de ruido, estaba buscando.”

Empresas como Merford, que están activas en el negocio del sonido y la reducción de ruido, buscan continuamente soluciones como Sonobex. Ahora, analizaremos productos de supresión y cancelación de ruido liderados por empresas y negocios en los próximos segmentos. 

#1. ThinkLabs’ ThinkBox: Un estetoscopio que puede escuchar sonidos en el entorno más ruidoso 

Los estetoscopios son vitales para diagnosticar a un paciente en el momento adecuado de la manera más eficiente en tiempo y recursos posible. Sin embargo, en entornos de alto ruido, como un centro de tratamiento improvisado en un campo de batalla, por ejemplo, o en un avión, se vuelve difícil para el profesional médico escuchar los sonidos corporales del paciente. 

ThinkLabs, un fabricante bien conocido de estetoscopios, resolvió este problema reutilizando la tecnología del estetoscopio de una manera altamente avanzada. El dispositivo, entre otras características, incluye una tecnología de filtrado que involucra cinco filtros diferentes. Puede filtrar eficientemente ciertos sonidos y dejar solo lo que se necesita escuchar. 

Según Charles Harding, ingeniero biomédico involucrado en el proyecto: 

“De los cinco filtros, hay dos filtros de corazón, que funcionan para aislar solo los sonidos cardíacos; dos filtros de pulmón, que se enfocan en los sonidos del movimiento de inhalación y exhalación del aire; y un filtro de banda ancha, que permite al personal médico grabar sonidos para diagnósticos de segunda opinión así como para entrenamiento.”

El filtro de banda ancha sirve a tres propósitos: telemedicina, telemonitorización y telementoría. A través del estetoscopio, es posible grabar el sonido y enviarlo a otro profesional médico para obtener su asistencia o consejo. El dispositivo ha estado ayudando a los profesionales aeromédicos del Departamento de Defensa a tratar de manera más eficaz a los combatientes heridos. Con sede en Centennial, Colorado, Estados Unidos, Thinklabs es una entidad privada establecida en 1991 por Clive Smith. Los ingresos anuales estimados de la empresa rondan los US$16 millones.

#2. Tecnología Propietaria de Cancelación de Eco y Supresión de Ruido de Qualcomm

La tecnología de Cancelación de Eco y Supresión de Ruido cVc de Qualcomm demuestra ser eficaz al realizar una llamada de voz usando un auricular estéreo Bluetooth o auriculares. Transmite una voz nítida a través de su tecnología de captura de voz clara (CVC) al anular el ruido ambiental, el ruido de la carretera y el ruido generado por personas que hablan cerca. 

La tecnología cVc de Qualcomm es un conjunto de algoritmos que funcionan en la ruta de transmisión y recepción de llamadas de voz y entregan una calidad de voz óptima sin importar la ubicación del receptor. Su propiedad de cancelación de eco asegura que el eco acústico se reduzca para una conversación bidireccional más natural.

La solución también garantiza una calidad de voz constante, superando los desafíos de pérdida de paquetes y ocultación de errores de bits. Asegura que una conectividad RF comprometida no interfiera con la calidad de la voz. Posee varias otras características que mejoran la experiencia del usuario, incluyendo controles automáticos de ganancia, ecualizadores de envío/recepción, propiedades de ruido de confort, control de silbidos, capacidades de procesamiento no lineal, ecualizadores adaptativos, mezcla de flujos auxiliares, integrabilidad de habla mejorada por frecuencia, y mucho más. 

Según los últimos datos financieros disponibles, Qualcomm obtuvo US$9,9 mil millones en ingresos GAAP en el trimestre que finalizó el 24 de diciembre de 2023. El EPS GAAP se situó en US$2,46. 

#3. Tecnología de Control Activo de Ruido (ANC) de Silentium 

Silentium es conocido como un innovador de alta gama en el espacio de investigación de tecnología de cancelación activa de ruido. Sus soluciones son capaces de eliminar hasta el 90 % de un sonido, sin importar su origen, que podría ser una campana de horno, un sistema de ventilación, un motor de coche o un tren ruidoso. 

La tecnología de Control Activo de Ruido desarrollada por Silentium es una solución disruptiva de gestión del sonido. Sus algoritmos pueden seguir de forma adaptativa los cambios en el espectro de ruido en tiempo real. 

La solución final es de pequeño tamaño, bajo costo y altamente eficaz para ruido de baja y media frecuencia. Es capaz de producir soluciones comerciales exitosas en muchas aplicaciones, incluyendo el hogar, la oficina y los lugares de trabajo industriales. Puede atender las necesidades tanto de la industria automotriz como de la de transporte. 

La solución es única en su mecanismo de entrega en el sentido de que puede reducir el ruido activo ya sea desde la fuente o creando zonas personales de silencio. Estas zonas se denominan burbujas silenciosas. 

Según la información más reciente disponible, Silentium está ampliando continuamente los niveles de desarrollo y despliegue de su software Active Acoustics. 

La empresa cerró su ronda de financiación Serie D con un total de aproximadamente US$63 millones. De estos, US$63 millones, US$20 millones provinieron como parte de su ronda extendida Serie D, liderada por Menora Mivtachmin y Meitav Dash. 

El líder global de electrónica Molex también fue uno de los inversores involucrados. Al hablar sobre la afluencia de inversiones, Yoel Noar, CEO de Silentium, dijo: 

“Damos la bienvenida a nuevos socios que comparten la misma pasión por la acústica y ven el valor en mejorar la privacidad y el bienestar a través de espacios sonoros personales. Con esta nueva inversión, escalaremos el desarrollo y despliegue de nuestras soluciones de software Active Acoustics para fabricantes de vehículos y proveedores automotrices, especialmente a medida que los requisitos de NVH evolucionan en la nueva era de la movilidad eléctrica y autónoma.”

Deteniendo la Amenaza del Ruido

La Agencia Europea de Medio Ambiente (EEA) ha reconocido la contaminación acústica como un problema importante, tanto para la salud humana como para el medio ambiente. El informe de la EEA sobre ruido ambiental muestra que el veinte por ciento de la población europea está expuesta a niveles de ruido a largo plazo que son perjudiciales para su salud. 

Esto se traduce en más de 100 millones de personas en el continente. El informe dice que la exposición prolongada al ruido puede resultar en una variedad de efectos en la salud, incluyendo efectos negativos en los sistemas cardiovascular y metabólico. 

Según estimaciones, el ruido ambiental es responsable de 48 000 nuevos casos de enfermedad cardíaca isquémica al año, así como de 12 000 muertes prematuras. También conduce a que hasta 22 millones de personas sufran de irritación crónica alta y a otros 6,5 millones de trastornos crónicos del sueño. Es sorprendente descubrir que 12 500 escolares padecen deterioro de la lectura en la escuela como resultado del ruido de aviones. 

Según estudios realizados por la Organización Mundial de la Salud, el ruido es la segunda causa ambiental más grande de problemas de salud, muy cerca de la contaminación del aire. 

Proteger a nuestra población de los efectos nocivos de la contaminación acústica es una necesidad que no podemos negar bajo riesgo. Existe una necesidad urgente de fortalecer la investigación en supresión de ruido creando sinergias con otros paradigmas tecnológicos en desarrollo como la IA. La buena noticia es que ya se están tomando esfuerzos significativos en esa dirección.