Levens redden met AI-verbeterde ruisonderdrukking

AI kan veel dingen doen. Tegenwoordig zijn we ons goed bewust van zijn mogelijkheden en potentieel. Toch, wanneer we horen over het redden van levens met AI-verbeterde ruisonderdrukking, voelen we ons geneigd te lachen! Echter, het is geen kwestie meer van verbeelding of speculatieve realiteit. Het nieuwste onderzoek toont een nieuw AI-gebaseerd ruisonderdrukkingssysteem voor efficiënte slachtofferdetectie door UAV’s. Het systeem blijkt vooral nuttig bij natuurrampen. 

AI-verbeterde ruisonderdrukking: Het verbeteren van de waardepropositie van UAV’s

Onbemande luchtvaartuigen hebben hun waarde bewezen door resultaten te leveren in zoek- en reddingsmissies, die cruciaal en moeilijk efficiënt uit te voeren zijn na grootschalige natuurrampen zoals aardbevingen. In de nasleep van zulke rampen is een van de meest voor de hand liggende gevolgen van een aardbeving de hoeveelheid puin die wordt gegenereerd.

Echter, UAV’s, met hun propellers, produceren een aanzienlijke hoeveelheid geluid. Dit geluid, vaak waargenomen als ruis, verdringt helaas menselijke geluiden die onder het puin vandaan kunnen komen en om hulp roepen. Door dit probleem aan te pakken, helpt de wetenschappelijke innovatie die we hier bespreken effectief dit UAV-geluid te onderdrukken en menselijke geluiden te versterken. De hoeksteen van deze oplossing is een zeer krachtig AI-model dat bekend staat als GAN’s of Generative Adversarial Networks. 

Klik hier voor een lijst van de vijf beste dronebedrijven om in te investeren.

Hoe werken GAN’s?

Het AI-model dat GAN’s gebruiken kan een reeks datatypes met precisie leren. Deze eigenschap van het model werd door de onderzoekers/ontwikkelaars benut zodat het model nauwkeurig de verschillende soorten UAV-propellergeluid kon leren. 

Nadat het deze geluiden heeft geleerd, kon het geleerde model een soortgelijk geluid genereren dat overeenkomt met de UAV-propellers. Dit geluid werd het pseudo-UAV-geluid genoemd. 

De uiteindelijke oplossing bestond eruit dit pseudo-UAV-geluid af te trekken van het daadwerkelijke geluid dat door de ingebouwde microfoons in de UAV werd vastgelegd. Het resultaat was dat de operator duidelijk en correct menselijke geluiden uit de omgeving kon horen en herkennen.  

De techniek en het ontwikkelingsmechanisme kregen veel lof van de wetenschappelijke gemeenschap. Het had verschillende voordelen ten opzichte van traditionele ruisonderdrukkingssystemen. 

Zo kon het efficiënt UAV-geluid onderdrukken binnen een smal frequentiebereik, veel nauwkeuriger. Het bleek ook flexibel genoeg om zich in realtime aan te passen aan de fluctuaties van UAV-geluid. 

Bovendien toonde het testen van de oplossing indrukwekkende resultaten doordat het de menselijke geluidsniveaus aanzienlijk kon verhogen. Terwijl de voordelen van de nieuwe oplossing en waarom het een zegen kan zijn voor toekomstige zoek- en reddingsmissies werden samengevat, heeft professor Chinthaka Premachandra van de afdeling Elektronische Technologie aan de School of Engineering van het Shibaura Institute of Technology het volgende gezegd:

“Het onderdrukken van het UAV-propellergeluid uit de geluidsmix terwijl de hoorbaarheid van menselijke stemmen wordt vergroot, vormt een formidabel onderzoeksprobleem. De variabele intensiteit van UAV-geluid, die onvoorspelbaar fluctueert met verschillende vluchtbewegingen, bemoeilijkt de ontwikkeling van een signaalverwerkingsfilter dat UAV-geluid effectief uit de mix kan verwijderen. Ons systeem maakt gebruik van AI om propellergeluid effectief te herkennen en deze problemen aan te pakken.”

Er is veel onderzoek gedaan op het gebied van ruisonderdrukking. Een van de meest opvallende onderzoeken kwam van de Loughborough University. De oplossing, genaamd Sonobex, richtte zich op de gezondheidsrisico’s die omgevingsgeluid voor ons vormt, waaronder tinnitus en gehoorverlies, lage bloeddruk en cardiovasculaire aandoeningen. Het leidt ook tot cognitieve achteruitgang bij kinderen en verstoort onze slaap, mentale en sociale welzijn. 

Klik hier om alles te leren over investeren in kunstmatige intelligentie.

Sonobex: Geluidsonderdrukkende structuren voor stedelijke omgevingen

Sonobex pakt een van de kernuitdagingen aan die de meeste oplossingen voor geluidsonderdrukking in de omgeving ondervinden: hoe te reduceren zonder de vrije stroom van lucht en licht in de ruimte te belemmeren. Het onderzoek verkende akoestische metamaterialen, met name sonische kristallen, om efficiënte geluidsbarrières te creëren door ze in rijen van cilindrische staven te rangschikken. 

De onderzoekers zagen dat het mogelijk was het bereik van de geluidfrequentie die door deze methode werd geblokkeerd te variëren. Deze bevinding leidde tot een grotere toepasbaarheid van de oplossing. De geluidsbarrières konden worden gebruikt in de bouw, industrie, transport en energieopwekking.

Aangezien de afstand aanpasbaar was, kon er voldoende ruimte tussen de twee barrières worden gelaten om de lucht- en lichtstroom te faciliteren. De stroming creëerde ook ruimte voor luchtkoeling van de apparatuur.

Vaak verschijnen architecturale oplossingen als een obstakel voor het bereiken van esthetische superioriteit. Deze oplossing is daarvan vrij omdat hij uit een reeks materialen kan worden vervaardigd. 

Architecten konden diverse opties verkennen. Bijvoorbeeld, de geluidsonderdrukker kon worden gebruikt als raamdecoratie. Het bleek een significante meerwaarde te zijn omdat windbelasting vaak problemen veroorzaakte voor conventionele massieve geluidsbarrières. Deze vereisten aanzienlijke ondersteuning. De openingen in dit systeem en de winddoorlatendheidsfactor hielpen dit probleem te verminderen. 

De oplossing bewees zijn waarde buiten het laboratorium door functioneel, kosteneffectief, milieuvriendelijk en geschikt voor gezondheid en welzijn te zijn. 

In feite ontving Sonobex tijdens zijn innovatielevensduur vele prijzen. Het kreeg onderzoeksgelden van de East Midlands Development Agency, de Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), Innovate UK en de Royal Academy of Engineering.

De praktische toepasbaarheid van de innovatie voor real-life toepassingen werd duidelijk aangetoond toen, in januari 2017, het Nederlandse engineering- en productiebedrijf Merford het verwierf. Ter versterking van de geloofwaardigheid van het product behaalde Sonobex de ISO 9001:2005 kwaliteitscertificering, wat de marktpositie verder verstevigde. Als bewijs van de groeiende acceptatie en effectiviteit vinden Sonobex’s NoiseTrap akoestische panelen nu steeds meer gebruik op diverse locaties door heel Europa.

Volgens Joost Vertooren, directeur Corporate Development bij Merford:

“Sonobex bood precies wat Merford – met meer dan zestig jaar ervaring in geluidsbeheersing – zocht.”

Bedrijven zoals Merford die actief zijn in de business van geluid- en ruisreductie zijn continu op zoek naar oplossingen zoals Sonobex. Nu kijken we naar dergelijke door bedrijven geleide geluidsonderdrukkings- en annuleringsproducten in de komende segmenten. 

#1. ThinkLabs’ ThinkBox: Een stethoscoop die geluiden kan horen in de meest lawaaierige omgeving 

Stethoscopen zijn essentieel voor het diagnosticeren van een patiënt op het juiste moment op de meest tijd- en hulpbronnenefficiënte manier. In omgevingen met veel lawaai, bijvoorbeeld in een geïmproviseerde behandelingscentrum op een slagveld, of in een vliegtuig, wordt het echter moeilijk voor de medisch professional om de lichaamsgeluiden van de patiënt te horen. 

ThinkLabs, een bekende fabrikant van stethoscopen, lost dit probleem op door de stethoscooptechnologie op een zeer geavanceerde manier te hergebruiken. Het apparaat, onder andere, wordt geleverd met een filtertechnologie die vijf verschillende filters omvat. Het kan bepaalde geluiden efficiënt filteren en alleen laten horen wat nodig is. 

Volgens Charles Harding, een biomedisch ingenieur die bij het project betrokken was: 

“Van de vijf filters zijn er twee hartfilters, die alleen hartgeluiden isoleren; twee longfilters, die zich richten op de in- en uitademingsgeluiden; en een breedbandfilter, dat medisch personeel in staat stelt geluiden op te nemen voor second opinion diagnoses evenals training.”

Het breedbandfilter dient drie doelen: telemedicine, telemonitoring en telementoring. Via de stethoscoop is het mogelijk het geluid op te nemen en naar een andere medisch professional te sturen voor assistentie of advies. Het apparaat helpt de luchtvaartmedische professionals van het Ministerie van Defensie om gewonde strijders effectiever te behandelen. 

ThinkLabs, gevestigd in Centennial, Colorado, Verenigde Staten, is een privéonderneming opgericht in 1991 door Clive Smith. De geschatte jaarlijkse omzet van het bedrijf bedraagt ongeveer US$16 miljoen.

#2. Qualcomm Proprietary Echo Canceling and Noise Suppression Technology

Qualcomm’s cVc Echo Cancelling and Noise Suppression Technology blijkt effectief bij het voeren van een spraakoproep met een Bluetooth Stereo Headset of oordopjes. Het zendt kristalheldere stem uit via zijn Clear Voice Capture (CVC) technologie door omgevingsgeluid, weggeluid en geluiden van mensen in de buurt te neutraliseren. 

Qualcomm’s cVc-technologie is een reeks algoritmen die werken op het verzend- en ontvangstpad van spraakoproepen en optimale stemkwaliteit leveren ongeacht de locatie van de ontvanger. De echo‑onderdrukkende eigenschap zorgt ervoor dat de akoestische echo wordt verminderd voor een meer natuurlijke tweerichtingsconversatie.

De oplossing waarborgt ook een consistente stemkwaliteit, overwint uitdagingen van pakketverlies en bit‑error concealment. Het zorgt ervoor dat een verminderde RF‑connectiviteit de stemkwaliteit niet belemmert. Het heeft verschillende andere functies die de gebruikerservaring verbeteren, waaronder automatische gain‑controls, verzend/ontvang equalizers, comfort‑noise‑eigenschappen, hoeling‑control, niet‑lineaire verwerkingsmogelijkheden, adaptieve equalizers, auxiliaire stream‑mixing, frequentie‑verrijkte spraak‑integratie, en nog veel meer. 

Volgens de meest recente financiële gegevens heeft Qualcomm US$9,9 miljard aan GAAP‑omzet behaald in het kwartaal eindigend op 24 december 2023. De GAAP‑EPS bedroeg US$2,46. 

#3. Silentium’s Active Noise Control Technology (ANC) 

Silentium staat bekend als een high‑end innovator op het gebied van actieve ruisonderdrukking. Hun oplossingen kunnen tot 90 % van een geluid elimineren, ongeacht de bron, of het nu een afzuigkap, een ventilatiesysteem, een motor van een auto of een lawaaierige trein is. 

De door Silentium ontwikkelde Active Noise Control‑technologie is een disruptieve geluidsbeheersingsoplossing. De algoritmen kunnen zich adaptief aanpassen aan veranderingen in het geluidspectrum in realtime. 

De uiteindelijke oplossing is klein van formaat, laaggeprijsd en zeer effectief voor laag‑/middelfrequentie‑geluid. Het is in staat succesvolle commerciële oplossingen te leveren voor vele toepassingen, waaronder thuis, op kantoor en in industriële werkplekken. Het kan zowel de automobiel‑ als de transportindustrie bedienen. 

De oplossing is uniek in zijn leveringsmechanisme doordat het actieve geluid kan reduceren vanaf de bron of door persoonlijke stilte‑zones te creëren. Deze zones worden Quiet bubbles genoemd. 

Volgens de meest recente beschikbare informatie schaalt Silentium continu de ontwikkeling en uitrol van zijn Active Acoustics‑software op. 

Het bedrijf sloot zijn Series D‑financieringsronde af met een totaal van ongeveer US$63 miljoen. Van dit bedrag kwam US$20 miljoen als onderdeel van de uitgebreide Series D‑ronde, geleid door Menora Mivtachmin en Meitav Dash. 

De wereldwijde elektronicaleider Molex was ook een van de investeerders. Over de investeringsinstroom zei Yoel Noar, CEO van Silentium: 

“We verwelkomen nieuwe partners die dezelfde passie voor akoestiek delen en de waarde zien in het verbeteren van privacy en welzijn via persoonlijke geluidsruimtes. Met deze nieuwe investering zullen we de ontwikkeling en uitrol van onze Active Acoustics‑softwareoplossingen voor autofabrikanten en toeleveranciers opschalen – vooral nu NVH‑eisen evolueren in het nieuwe tijdperk van elektrische en autonome mobiliteit.”

De plaag van lawaai aan banden leggen

Het Europees Milieuagentschap (EEA) heeft geluidshinder erkend als een groot probleem, zowel voor de menselijke gezondheid als voor het milieu. Het rapport van de EEA over omgevingsgeluid toont aan dat twintig procent van de Europese bevolking wordt blootgesteld aan langdurige geluidsniveaus die schadelijk zijn voor hun gezondheid. 

Dit komt neer op meer dan 100 miljoen mensen op het continent. Het rapport stelt dat langdurige geluidsblootstelling kan leiden tot een reeks gezondheidsgevolgen, waaronder negatieve effecten op de cardiovasculaire en metabole systemen. 

Volgens schattingen is omgevingsgeluid verantwoordelijk voor 48 000 nieuwe gevallen van ischemische hartziekte per jaar, evenals 12 000 voortijdige sterfgevallen. Het leidt ook tot maar liefst 22 miljoen mensen die lijden aan chronische hoge irritatie en nog eens 6,5 miljoen aan chronische slaapstoornissen. Het is verbazingwekkend om te ontdekken dat 12 500 schoolkinderen leesproblemen ondervinden als gevolg van vliegtuiggeluid. 

Volgens studies van de Wereldgezondheidsorganisatie is geluid de op één na grootste omgevingsoorzaak van gezondheidsproblemen, vlak na luchtvervuiling. 

Het beschermen van onze bevolking tegen de schadelijke effecten van geluidshinder is een noodzaak die we niet mogen negeren. Er is een dringende behoefte om onderzoek naar geluidsonderdrukking te versterken door synergieën te creëren met andere zich ontwikkelende technologische paradigma’s zoals AI. Het goede nieuws is dat er al aanzienlijke inspanningen in die richting worden ondernomen.