Elämien pelastaminen AI-tehostetulla melunvaimennuksella

AI voi tehdä monia asioita. Nyt olemme melko tietoisia sen kyvyistä ja potentiaalista. Silti, kun kuulemme elämien pelastamisesta AI-tehostetulla melunvaimennuksella, meitä hymyilyttää! Kuitenkin kyse ei ole enää mielikuvituksesta tai spekulatiivisesta todellisuudesta. Viimeisimmät tutkimukset osoittavat uuden AI-pohjainen melunvaimennusjärjestelmä tehokkaaseen uhriensietoon UAV:illa. Järjestelmä on erityisen hyödyllinen luonnonkatastrofien yhteydessä. 

AI-tehostettu melunvaimennus: UAV:ien arvonparannus

Miehittämättömät ilma-alukset (UAV) ovat osoittaneet arvonsa hakus- ja pelastusoperaatioissa, jotka ovat kriittisiä ja vaikeita toteuttaa tehokkaasti suurten luonnonkatastrofien, kuten maanjäristysten, jälkeen. Tällaisen katastrofin jälkeen yksi ilmeisimmistä jälkiseurauksista on syntynyt romun määrä. 

Kuitenkin UAV:it, roottorien kanssa, tuottavat merkittävän määrän ääntä. Tämä ääni, joka usein koetaan meluksi, hukuttaa valitettavasti ihmisen äänet, jotka voivat tulla romun alla ja pyytää apua. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tieteellinen innovaatio, josta puhumme, auttaa tehokkaasti vaimentamaan UAV-äänen ja vahvistamaan ihmisen ääniä. Ratkaisun kulmakivenä on todella voimakas AI-malli, joka tunnetaan nimellä GAN:t tai generatiiviset vastakkainasettuvat verkot. 

Klikkaa tästä saadaksesi luettelon viidestä parhaasta drone-yrityksestä, joihin kannattaa sijoittaa.

Miten GAN:t toimivat?

GAN:ien käyttämä AI-malli voi oppia tarkasti erilaisia datatyyppejä. Tämä ominaisuus hyödynnettiin tutkijoiden/kehittäjien toimesta, jotta malli oppisi tarkasti UAV-roottorin äänen eri tyypit. 

Kun se on oppinut nämä äänet, opittu malli pystyi tuottamaan UAV-roottorin kaltaisen äänen. Tätä ääntä kutsuttiin pseudo-UAV-ääniksi. 

Lopullinen ratkaisu oli vähentää tämä pseudo-UAV-ääni UAV:n sisäisillä mikrofoneilla tallennetusta todellisesta äänestä. Tuloksena oli, että operaattori kuuli ja tunnisti selvästi ihmisen äänet ympäristöstä.  

Tekniikka ja sen kehitysmenetelmä saivat paljon kiitosta tiedeyhteisöltä. Sillä oli useita etuja perinteiseen melunvaimennusjärjestelmään verrattuna. 

Esimerkiksi se pystyi tehokkaasti vaimentamaan UAV-äänen kapealla taajuusalueella paljon tarkemmin. Se osoittautui myös riittävän ketteräksi sopeutumaan UAV-äänen vaihteluihin reaaliajassa. 

Lisäksi ratkaisun testaus osoitti vaikuttavia tuloksia siinä, että se pystyi merkittävästi parantamaan ihmisen äänen tasoja. Kun tiivistetään uuden ratkaisun hyödyt ja miksi se voisi olla suuri apu tulevaisuuden hakus- ja pelastusoperaatioissa, Professori Chinthaka Premachandra Elektroniikkatekniikan laitokselta Shibaura Institute of Technology:n School of Engineering sanoo seuraavaa:

“UAV-roottorin melun vaimentaminen äänisekoituksesta samalla kun ihmisen äänen kuultavuus paranee on merkittävä tutkimusongelma. UAV-äänen intensiteetti vaihtelee epäsäännöllisesti eri lentoliikkeiden aikana, mikä vaikeuttaa signaalinkäsittelysuodattimen kehittämistä, joka pystyy tehokkaasti poistamaan UAV-äänen sekoituksesta. Järjestelmämme hyödyntää AI:ta roottorin äänen tehokkaaseen tunnistamiseen ja näiden ongelmien ratkaisemiseen.”

Melunvaimennuksen alalla on tehty merkittävästi tutkimusta. Yksi merkittävimmistä tutkimuksista tuli Loughborough Universityltä. Sonobex-niminen ratkaisu yliopistolta käsittelee ympäristömelun terveysriskkejä, kuten tinnittiä ja kuulonmenetystä, alhaista verenpainetta ja sydän- ja verisuonitauteja. Se aiheuttaa myös kognitiivista heikentymistä lapsilla ja häiritsee unta, mielenterveyttä ja sosiaalista hyvinvointia. 

Klikkaa tästä oppiaksesi kaiken tekoälyyn sijoittamisesta.

Sonobex: Melua vaimentavat rakenteet kaupunkiympäristöissä

Sonobex käsittelee yhtä keskeisistä haasteista, joita useimmat ympäristön melua vaimentavat ratkaisut kohtaavat: miten vähentää melua rajoittamatta ilman ja valon vapaan virtauksen huonetta. Tutkimus tarkasteli akustisia metamateriaaleja, erityisesti sonisia kristalleja, luodakseen tehokkaita melukilpiä järjestämällä ne sylinterimäisten tankojen riveihin. 

Tutkijat havaitsivat, että on mahdollista vaihdella tällä menetelmällä estettävän äänen taajuusaluetta. Tämä havainto lisäsi ratkaisun sovellettavuutta. Melukilpiä voitaisiin käyttää rakennusalalla, teollisuudessa, liikenteessä ja energiantuotannossa.

Koska välistys oli säädettävissä, voitiin jättää riittävästi tilaa kahden kilven väliin ilman ja valon virtauksen mahdollistamiseksi. Tämä virtauksen mahdollisti myös laitteiden ilmankylvyn.

Usein arkkitehtoniset ratkaisut muodostuvat esteeksi esteettisen ylivertaisuuden saavuttamiselle. Tämä ratkaisu on vapaa siitä siinä mielessä, että se voidaan valmistaa monista eri materiaaleista. 

Arkkitehdit voivat tutkia monipuolisia vaihtoehtoja. Esimerkiksi melunvaimentajaa voidaan käyttää ikkunakatteena. Tämä oli merkittävä lisäarvo, sillä tuulikuorma aiheutti usein ongelmia perinteisille kiinteille melukilpeille, jotka vaativat merkittävää tukea. Tämä järjestelmän aukot ja tuulen läpäisevyys auttoivat vähentämään tätä ongelmaa. 

Ratkaisu osoitti arvonsa laboratoriotilanteen ulkopuolella ollen toimiva, kustannustehokas, ympäristöystävällinen ja sopiva terveyden ja hyvinvoinnin kannalta. 

Itse asiassa Sonobex on saanut useita palkintoja innovaatiokautensa aikana. Se on saanut tutkimusrahoitusta East Midlands Development Agencyltä, Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC):ltä, Innovate UK:lta ja Royal Academy of Engineeringilta.

Innovaation käytännöllisyys todettiin selvästi, kun tammikuussa 2017 hollantilainen Engineering and Manufacturing Company Merford hankki sen. Tuotteen uskottavuutta lisääen Sonobex on saanut ISO 9001:2005 -laatuvarmennussertifikaatin, mikä vahvistaa sen markkina-asemaa. Todistuksena kasvavasta hyväksynnästä ja tehokkuudesta Sonobexin NoiseTrap-akustiset paneelit ovat nyt yhä laajemmin käytössä eri kohteissa Euroopassa.

Joost Vertoorenin, Merfordin yrityskehitysjohtajan, mukaan:

“Sonobex tarjosi juuri sen, mitä Merford – yli kuusikymmentä vuotta melunhallinnan kokemusta – etsi.”

Merfordin kaltaiset yritykset, jotka toimivat äänen ja melun vähentämisen alalla, etsivät jatkuvasti ratkaisuja kuten Sonobex. Nyt tarkastelemme tällaisia yritys- ja liiketoimintavetoisia melunvaimennus- ja -peruutustuotteita seuraavissa osioissa. 

#1. ThinkLabs’ ThinkBox: Stetoskooppi, joka voi kuunnella ääniä äänekkäimmässä ympäristössä 

Stetoskoopit ovat elintärkeitä potilaan diagnoosimisessa oikeaan aikaan mahdollisimman aika- ja resurssitehokkaasti. Kuitenkin meluisissa ympäristöissä, esimerkiksi improvisoidussa hoitoyksikössä taistelukentällä tai lentokoneessa, on vaikeaa lääkärin kuulla potilaan kehon ääniä. 

ThinkLabs, tunnettu stetoskoopin valmistaja, ratkaisi tämän ongelman erittäin kehittyneellä tavalla. Laite, muiden ominaisuuksien lisäksi, sisältää suodatusteknologian, jossa on viisi erilaista suodatinta. Se voi tehokkaasti suodattaa pois tietyt äänet ja jättää vain kuultavat. 

Charles Hardingin, projektissa mukana olleen biolääketieteellisen insinöörin, mukaan: 

“Viidestä suodattimesta kaksi on sydänsuodattimia, jotka eristävät vain sydämen äänet; kaksi keuhkosuodatinta, jotka kohdistuvat sisään- ja uloshengityksen ääniin; ja laajakaistasuodatin, jonka avulla lääketieteellinen henkilöstö voi tallentaa ääniä toisen mielipiteen diagnooseja sekä koulutusta varten.”

Laajakaistasuodatin palvelee kolmea tarkoitusta: telelääketiede, etäseuranta ja etäopetus. Stetoskoopin avulla on mahdollista tallentaa ääni ja lähettää se toiselle terveydenhuollon ammattilaiselle saadakseen apua tai neuvoja. Laite on auttanut Yhdysvaltain puolustusvoimien ilmalääketieteellisiä ammattilaisia hoitamaan tehokkaammin loukkaantuneita sotilaita. 

Thinklabs on yksityinen yritys, jonka pääkonttori sijaitsee Centennialissa, Coloradossa, Yhdysvallat, ja se perustettiin vuonna 1991 Clive Smithin toimesta. Yrityksen arvioitu vuotuinen liikevaihto on noin US$16 million. 

#2. Qualcommin oma kaikuvaimennus- ja melunvaimennusteknologia

Qualcommin cVc Echo Cancelling ja Noise Suppression -teknologia osoittautuu tehokkaaksi puhelun soittamisessa Bluetooth-stereopäähangilla tai -korvakaiuttimilla. Se lähettää kristallinkirkkaan äänen Clear Voice Capture (CVC) -teknologian avulla poistamalla ympäristön melun, tien melun ja lähellä puhuvien ihmisten aiheuttaman melun. 

Qualcommin cVc-teknologia on algoritmien sarja, joka toimii äänensoittojen lähetys- ja vastaanottopolulla ja tarjoaa optimaalisen äänenlaadun riippumatta vastaanottajan sijainnista. Sen kaikuvaimennusominaisuus varmistaa, että akustinen kaiku vähenee, jolloin kaksisuuntainen keskustelu kuulostaa luonnollisemmalta.

Ratkaisu takaa myös tasaisen äänenlaadun, voittaen pakettihäviöiden ja bittivirheiden peittämisen haasteet. Se varmistaa, että heikentynyt RF-yhteys ei vaikuta äänenlaatuun. Siinä on useita muita ominaisuuksia, jotka parantavat käyttäjäkokemusta, mukaan lukien automaattinen vahvistuksen säätö, lähetys/vastaanotto -tasapainottimet, mukavuusmelun ominaisuudet, ulvonnan hallinta, epälineaarinen prosessointi, adaptiiviset tasapainottimet, apuvirran sekoitus, taajuusparannettu puheintegraatio ja paljon muuta. 

Viimeisimpien saatavilla olevien taloustietojen mukaan Qualcomm ansaitsi US$9.9 billion GAAP-liikevaihtoa neljänneksellä, joka päättyi 24. joulukuuta 2023. GAAP EPS oli 2,46 USD. 

#3. Silentiumin aktiivinen melunhallintateknologia (ANC) 

Silentium tunnetaan huippuluokan innovaattorina aktiivisen melunvaimennusteknologian tutkimusalalla. Sen ratkaisut pystyvät poistamaan jopa 90 % äänestä riippumatta sen lähteestä, olipa se uunin hormi, ilmanvaihtojärjestelmä, auton moottori tai meluisa juna. 

Aktiivisen melunhallintateknologia, jonka Silentium on kehittänyt, on mullistava äänenhallintaratkaisu. Sen algoritmit voivat sopeutua melun spektrin muutoksiin reaaliajassa. 

Lopullinen ratkaisu on pieni, edullinen ja erittäin tehokas matala- ja keskitaajuusmelun torjumisessa. Se pystyy tuottamaan menestyviä kaupallisia ratkaisuja moniin sovelluksiin, mukaan lukien koti, toimisto ja teolliset työpaikat. Se voi palvella sekä autoteollisuuden että liikennealan tarpeita. 

Ratkaisu on ainutlaatuinen toimitusmekanismissaan siinä mielessä, että se voi vähentää aktiivista melua joko lähteeltä tai luomalla henkilökohtaisia hiljaisuuden alueita. Näitä alueita kutsutaan Quiet bubbles -kupliksi. 

Viimeisimpien saatavilla olevien tietojen mukaan Silentium skaalautuu jatkuvasti aktiivisen akustiikkasoftwaren kehittämisessä ja käyttöönotossa. 

Yritys sulki Series D -rahoituskierroksensa yhteensä noin US$63 million, 20 miljoonaa dollaria tuli osana laajennettua Series D -kierrosta, jonka johtoasemat olivat Menora Mivtachmin ja Meitav Dash. 

Globaalin elektroniikkajohtajan Molex oli myös yksi mukana olevista sijoittajista. Puhuttaessa investointien virrasta, Silentiumin toimitusjohtaja Yoel Noar sanoi: 

“Tervetuloa uusia kumppaneita, jotka jakavat saman intohimon akustiikkaan ja näkevät arvon parantaa yksityisyyttä ja hyvinvointia henkilökohtaisten äänialueiden kautta. Tämän uuden investoinnin myötä skaalautamme aktiivisen akustiikkasoftwaren kehittämistä ja käyttöönottoa ajoneuvovalmistajille ja autoteollisuuden toimittajille – erityisesti kun NVH-vaatimukset kehittyvät sähköisen ja autonomisen liikkuvuuden uudessa aikakaudessa.”

Melun uhkan pysäyttäminen

Euroopan ympäristövirasto (EEA) on tunnistanut melusaasteen merkittäväksi ongelmaksi sekä ihmisten terveydelle että ympäristölle. EEA:n raportti ympäristömelusta osoittaa, että kaksikymmentä prosenttia Euroopan väestöstä altistuu pitkäaikaiselle melutasolle, joka on haitallista terveydelle. 

Tämä tarkoittaa yli 100 miljoonaa ihmistä mantereella. Raportin mukaan pitkäaikainen melualtistus voi aiheuttaa erilaisia terveysvaikutuksia, mukaan lukien negatiiviset vaikutukset sydän- ja verisuonijärjestelmään ja aineenvaihduntaan. 

Arvioiden mukaan ympäristömelu aiheuttaa vuosittain 48 000 uutta iskeemisen sydänsairaudekantaa, sekä 12 000 ennenaikaista kuolemaa. Se johtaa myös jopa 22 miljoonaan ihmiseen, jotka kärsivät kroonisesti voimakkaasta ärtymyksestä, ja 6,5 miljoonaan, jotka kärsivät kroonisesti voimakkaasta unihäiriöstä. On hämmästyttävää, että 12 500 koululasta kärsii lukemisen heikentymisestä koulussa lentokoneiden melun seurauksena. 

Maailman terveysjärjestön (WHO) tekemien tutkimusten mukaan melu on toiseksi suurin ympäristötekijä, joka aiheuttaa terveysongelmia, aivan ilman saasteiden jälkeen. 

Väestömme suojeleminen melusaasteen haitallisilta vaikutuksilta on välttämättömyys, jonka laiminlyönti on vaarallista. On kiireellisesti vahvistettava melunvaimennustutkimusta luomalla synergioita muiden kehittyvien teknologisten paradigmojen, kuten AI:n, kanssa. Hyvä uutinen on, että merkittäviä ponnistuksia on jo tehty tässä suunnassa.