Salvare vite con la soppressione del rumore potenziata dall’IA

L’IA può fare molte cose. Ormai siamo abbastanza consapevoli delle sue capacità e del suo potenziale. Tuttavia, quando sentiamo parlare di salvare vite con la soppressione del rumore potenziata dall’IA, non possiamo fare a meno di sentirci divertiti! Però non si tratta più di immaginazione o di realtà speculativa. Le ricerche più recenti mostrano un nuovo sistema di soppressione del rumore basato sull’IA per il rilevamento efficiente delle vittime da parte dei UAV. Il sistema si dimostra particolarmente utile in caso di catastrofi naturali.

Soppressione del rumore potenziata dall’IA: migliorare la proposta di valore dei UAV

I veicoli aerei senza pilota hanno dimostrato il loro valore mostrando risultati nelle missioni di ricerca e soccorso, che diventano critiche e difficili da svolgere in modo efficiente dopo disastri naturali su larga scala come i terremoti. In seguito a tali calamità, una delle conseguenze più evidenti di un terremoto è il volume di macerie generate.

Tuttavia, i UAV, con le loro eliche, generano una notevole quantità di suono. Questo suono, spesso percepito come rumore, purtroppo soffoca i suoni umani che potrebbero provenire sotto le macerie, chiedendo aiuto. Affrontando questo problema, l’innovazione scientifica di cui discutiamo qui aiuta a sopprimere efficacemente questo rumore dei UAV e a amplificare i suoni umani. Il pilastro di questa soluzione è un modello di IA davvero potente noto come GAN o Reti Generative Avversarie.

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Come funzionano le GAN?

Il modello di IA che le GAN utilizzano può apprendere una varietà di tipi di dati con precisione. Questa proprietà o caratteristica del modello è stata sfruttata dai ricercatori/sviluppatori affinché il modello apprendesse accuratamente i vari tipi di dati sonori delle eliche dei UAV.

Dopo aver appreso questi suoni, il modello addestrato può generare un suono simile a quello delle eliche dei UAV. Questo suono è stato chiamato suono pseudo-UAV.

La soluzione finale è stata sottrarre questo suono pseudo-UAV dal suono reale catturato dai microfoni a bordo del UAV. Il risultato è stato che l’operatore sentiva chiaramente e correttamente i suoni umani provenienti dall’ambiente circostante.

La tecnica e il suo meccanismo di sviluppo hanno ricevuto molti elogi dalla comunità scientifica. Presentava diversi vantaggi rispetto al tradizionale sistema di soppressione del rumore.

Ad esempio, poteva sopprimere efficacemente il rumore dei UAV all’interno di una stretta gamma di frequenze con molta più precisione. Inoltre si è dimostrata sufficientemente agile da adattarsi alle fluttuazioni del rumore dei UAV in tempo reale.

Inoltre, i test della soluzione hanno mostrato risultati impressionanti, poiché è stata in grado di migliorare notevolmente i livelli dei suoni umani. Riassumendo i vantaggi della nuova soluzione e perché potrebbe rappresentare una benedizione per le future missioni di ricerca e soccorso, il professor Chinthaka Premachandra del Dipartimento di Ingegneria Elettronica della Scuola di Ingegneria del Shibaura Institute of Technology ha dichiarato:

“Sopprimere il rumore delle eliche dei UAV dal mix sonoro migliorando al contempo l’udibilità delle voci umane rappresenta un problema di ricerca formidabile. L’intensità variabile del rumore dei UAV, che fluttua in modo imprevedibile con i diversi movimenti di volo, complica lo sviluppo di un filtro di elaborazione del segnale capace di rimuovere efficacemente il suono dei UAV dal mix. Il nostro sistema utilizza l’IA per riconoscere efficacemente il suono delle eliche e affrontare questi problemi.”

È stata condotta una notevole quantità di ricerca nel campo della soppressione del rumore. Una delle ricerche più notevoli proviene dall’Università di Loughborough. Denominata Sonobex, questa soluzione dell’università ha affrontato i rischi per la salute che il rumore ambientale comporta, inclusi acufeni e perdita dell’udito, pressione sanguigna bassa e malattie cardiovascolari. Inoltre porta a deficit cognitivi nei bambini e disturba il nostro sonno, benessere mentale e sociale.

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Sonobex: strutture di cancellazione del rumore per ambienti urbani

Sonobex affronta una delle sfide fondamentali che la maggior parte delle soluzioni di cancellazione del rumore ambientale deve affrontare: come ridurre il rumore senza impedire il libero flusso d’aria e di luce nella stanza. La ricerca ha esplorato metamateriali acustici, in particolare cristalli sonori, per creare barriere anti-rumore efficienti disponendoli in array di aste cilindriche.

I ricercatori hanno osservato che era possibile variare l’intervallo di frequenze sonore bloccate con questo metodo. Questa scoperta ha portato a una maggiore applicabilità della soluzione. Le barriere sonore potrebbero essere utilizzate in edilizia, industria, trasporti e generazione di energia.

Poiché la spaziatura era regolabile, si poteva garantire spazio sufficiente tra le due barriere per facilitare il flusso d’aria e di luce. Il flusso ha anche creato la possibilità di raffreddamento ad aria dell’attrezzatura.

Spesso, le soluzioni architettoniche appaiono come ostacoli al raggiungimento della superiorità estetica. Questa soluzione è priva di tale limitazione in quanto può essere fabbricata con una varietà di materiali.

Gli architetti possono esplorare diverse opzioni. Ad esempio, il soppressore di rumore potrebbe essere usato come copertura per finestre. È stato un valore aggiunto significativo poiché il carico del vento spesso rappresentava un problema per le tradizionali barriere solide anti-rumore. Queste richiedevano un supporto considerevole. Le aperture in questo sistema e il fattore di permeabilità al vento hanno aiutato a ridurre questo problema.

La soluzione ha dimostrato il suo valore oltre il contesto di laboratorio diventando funzionale, conveniente, ecologica e adatta alla salute e al benessere delle persone.

Infatti, Sonobex ha ricevuto numerosi premi durante il suo ciclo di innovazione. Ha ottenuto finanziamenti per la ricerca dall’East Midlands Development Agency, dall’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), da Innovate UK e dalla Royal Academy of Engineering.

La praticità dell’innovazione per l’applicazione nella vita reale è stata chiaramente dimostrata quando, a gennaio 2017, la società olandese di ingegneria e produzione Merford l’ha acquisita. Aggiungendo credibilità al prodotto, Sonobex ha ottenuto la certificazione ISO 9001:2005 per la garanzia della qualità, consolidando ulteriormente la sua posizione sul mercato. Come testimonianza della sua crescente accettazione ed efficacia, i pannelli acustici NoiseTrap di Sonobex stanno trovando un uso sempre più diffuso in vari siti in tutta Europa.

Secondo Joost Vertooren, Direttore dello Sviluppo Corporate, Merford:

“Sonobex ha offerto esattamente ciò che Merford – con più di sessanta anni di esperienza nel controllo del rumore – stava cercando.”

Aziende come Merford, attive nel settore del suono e della riduzione del rumore, sono costantemente alla ricerca di soluzioni come Sonobex. Ora, esamineremo prodotti di soppressione e cancellazione del rumore guidati da aziende in segmenti futuri.

#1. ThinkBox di ThinkLabs: uno stetoscopio che può ascoltare i suoni nell'ambiente più rumoroso 

Gli stetoscopi sono fondamentali per diagnosticare un paziente al momento giusto nel modo più efficiente in termini di tempo e risorse possibile. Tuttavia, in ambienti ad alto rumore, ad esempio in un centro di trattamento improvvisato in una zona di guerra o su un aereo, diventa difficile per il professionista medico sentire i suoni corporei del paziente.

ThinkLabs, noto produttore di stetoscopi, ha risolto questo problema riutilizzando la tecnologia dello stetoscopio in modo altamente avanzato. Il dispositivo, tra le altre caratteristiche, è dotato di una tecnologia di filtraggio che comprende cinque diversi filtri. Può filtrare efficientemente alcuni suoni e lasciare solo quelli che è necessario sentire.

Secondo Charles Harding, ingegnere biomedico coinvolto nel progetto: 

“Dei cinque filtri, ci sono due filtri cardiaci, che isolano solo i suoni del cuore; due filtri polmonari, che mirano ai suoni dell'inspirazione e dell'espirazione dell'aria; e un filtro a banda larga, che consente alle squadre mediche di registrare suoni per diagnosi di seconda opinione e per la formazione.”

Il filtro a banda larga serve a tre scopi: telemedicina, telemonitoraggio e telementoring. Attraverso lo stetoscopio, è possibile registrare il suono e inviarlo a un altro professionista medico per ottenere assistenza o consigli. Il dispositivo ha aiutato i professionisti aeromedici del Dipartimento della Difesa a trattare più efficacemente i combattenti feriti. Con sede a Centennial, Colorado, Stati Uniti, Thinklabs è un’entità privata fondata nel 1991 da Clive Smith. Il fatturato annuo stimato dell'azienda è di circa US$16 million.

#2. Tecnologia proprietaria di cancellazione dell'eco e soppressione del rumore di Qualcomm

La tecnologia di cancellazione dell'eco e soppressione del rumore cVc di Qualcomm (QCOM ) si dimostra efficace durante una chiamata vocale usando un auricolare stereo Bluetooth o auricolari. Trasmette una voce cristallina attraverso la sua tecnologia di cattura della voce chiara (CVC) annullando il rumore ambientale, il rumore della strada e il rumore generato dalle persone che parlano nelle vicinanze.

La tecnologia cVc di Qualcomm è un insieme di algoritmi che operano sul percorso di trasmissione e ricezione delle chiamate vocali e forniscono una qualità vocale ottimale indipendentemente dalla posizione del ricevitore. La sua proprietà di cancellazione dell'eco garantisce che l'eco acustica sia ridotta per una conversazione bidirezionale più naturale.

La soluzione garantisce anche una qualità vocale costante, superando le sfide della perdita di pacchetti e della nascondimento degli errori di bit. Assicura che una connettività RF compromessa non influisca sulla qualità della voce. Presenta diverse altre funzionalità che migliorano l'esperienza dell'utente, tra cui controlli automatici del guadagno, equalizzatori di invio/ricezione, proprietà di rumore di comfort, controllo del fischio, capacità di elaborazione non lineare, equalizzatori adattivi, miscelazione di flussi ausiliari, integrazione della voce con frequenza migliorata e molto altro.

Secondo gli ultimi dati finanziari disponibili, Qualcomm ha guadagnato US$9.9 billion di fatturato GAAP nel trimestre conclusosi il 24 dicembre 2023. L'EPS GAAP era di US$2,46.

#3. Tecnologia di controllo attivo del rumore (ANC) di Silentium 

Silentium è conosciuta come innovatore di alto livello nello spazio della ricerca sulla tecnologia di cancellazione attiva del rumore. Le sue soluzioni sono in grado di eliminare fino al 90% di un suono, indipendentemente dalla sua fonte, che può essere una cappa da forno, un sistema di ventilazione, il motore di un'auto o un treno rumoroso.

La tecnologia di Controllo Attivo del Rumore sviluppata da Silentium è una soluzione di gestione del suono dirompente. I suoi algoritmi possono seguire in modo adattivo le variazioni dello spettro del rumore in tempo reale.

La soluzione finale è di piccole dimensioni, a basso costo e altamente efficace per rumori a bassa/media frequenza. È in grado di produrre soluzioni commerciali di successo in molte applicazioni, tra cui casa, ufficio e ambienti industriali. Può soddisfare le esigenze sia dell'industria automobilistica che di quella dei trasporti.

La soluzione è unica nel suo meccanismo di erogazione in quanto può ridurre il rumore attivo sia alla fonte sia creando zone personali di silenzio. Queste zone sono chiamate bolle silenziose.

Secondo le ultime informazioni disponibili, Silentium sta continuamente aumentando i livelli di sviluppo e distribuzione del suo software Active Acoustics.

L'azienda ha chiuso il suo round di finanziamento Serie D con un totale di circa US$63 million. Di questi US$63 million, US$20 million sono arrivati come parte del suo round Serie D esteso, guidato da Menora Mivtachmin e Meitav Dash.

Il leader globale dell'elettronica Molex è stato anche uno degli investitori coinvolti. Parlando dell'afflusso di investimenti, Yoel Noar, CEO di Silentium, ha dichiarato: 

“Accogliamo con favore nuovi partner che condividono la stessa passione per l'acustica e vedono il valore nel migliorare la privacy e il benessere attraverso spazi sonori personali. Con questo nuovo investimento, aumenteremo lo sviluppo e la distribuzione delle nostre soluzioni software Active Acoustics per i produttori di veicoli e i fornitori automobilistici – soprattutto man mano che i requisiti NVH evolvono nella nuova era della mobilità elettrica e autonoma.”

Fermare la minaccia del rumore

L’Agenzia europea per l’ambiente (EEA) ha riconosciuto l’inquinamento acustico come un problema importante, sia per la salute umana che per l’ambiente. Il rapporto dell’EEA sul rumore ambientale mostra che il venti percento della popolazione europea è esposto a livelli di rumore a lungo termine dannosi per la salute.

Ciò corrisponde a più di 100 milioni di persone sul continente. Il rapporto afferma che l’esposizione al rumore a lungo termine può provocare una serie di effetti sulla salute, inclusi effetti negativi sui sistemi cardiovascolare e metabolico.

Secondo le stime, il rumore ambientale è responsabile di 48.000 nuovi casi di malattia coronarica ischemica all’anno, nonché di 12.000 morti premature. Porta anche a circa 22 milioni di persone che soffrono di fastidio cronico elevato e altri 6,5 milioni di disturbi cronici del sonno. È sorprendente scoprire che 12.500 alunni scolastici soffrono di difficoltà di lettura a scuola a causa del rumore degli aerei.

Secondo gli studi condotti dall’Organizzazione mondiale della sanità, il rumore è la seconda più grande causa ambientale di problemi di salute, subito dopo l’inquinamento atmosferico.

Proteggere la nostra popolazione dagli effetti nocivi dell’inquinamento acustico è una necessità che non possiamo negare senza rischi. È urgente rafforzare la ricerca sulla soppressione del rumore creando sinergie con altri paradigmi tecnologici emergenti come l’IA. La buona notizia è che sono già stati intrapresi sforzi significativi in questa direzione.