Salvando Vidas com Supressão de Ruído Aprimorada por IA

AI pode fazer muitas coisas. Até agora, estamos bastante cientes de suas capacidades e potencial. Ainda assim, quando ouvimos falar em salvar vidas com supressão de ruído aprimorada por IA, tendemos a ficar divertidos! No entanto, isso não é mais uma questão de imaginação ou realidade especulativa. As pesquisas mais recentes mostram um novo sistema de supressão de ruído baseado em IA para detecção eficiente de vítimas por UAVs. O sistema se mostra especialmente útil em eventos de desastres naturais. 

Supressão de Ruído Aprimorada por IA: Melhorando a Proposta de Valor dos UAVs

Veículos Aéreos Não Tripulados provaram seu valor ao apresentar resultados em missões de busca e resgate, que se tornam críticas e difíceis de realizar de forma eficiente após desastres naturais de grande escala, como terremotos. Na sequência de tais calamidades, um dos efeitos mais óbvios de um terremoto é o volume de entulho gerado.

Entretanto, os UAVs, com suas hélices, geram uma quantidade considerável de som. Esse som, frequentemente percebido como ruído, infelizmente abafam os sons humanos que podem vir debaixo dos escombros, pedindo ajuda. Ao abordar esse problema, a inovação científica que estamos discutindo aqui ajuda a suprimir efetivamente esse ruído dos UAVs e amplificar os sons humanos. A pedra angular dessa solução é um modelo de IA realmente poderoso conhecido como GANs ou Redes Generativas Adversariais. 

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Como os GANs funcionam?

O modelo de IA que os GANs utilizam pode aprender uma variedade de tipos de dados com precisão. Essa propriedade ou recurso do modelo foi aproveitado pelos pesquisadores/desenvolvedores para que o modelo aprendesse com precisão os diferentes tipos de dados de som das hélices dos UAVs. 

Depois de aprender esses sons, o modelo aprendido poderia gerar um som semelhante ao das hélices dos UAVs. Esse som foi chamado de som pseudo-UAV. 

A solução final foi subtrair esse som pseudo-UAV do som real capturado pelos microfones embarcados no UAV. O resultado foi o operador ouvir clara e corretamente os sons humanos provenientes do ambiente ao redor.  

A técnica e seu mecanismo de desenvolvimento receberam muitos elogios da comunidade científica. Ela apresentava várias vantagens em relação ao sistema tradicional de supressão de ruído. 

Por exemplo, ela podia suprimir eficientemente o ruído dos UAVs dentro de uma faixa estreita de frequência com muito mais precisão. Também se mostrou ágil o suficiente para adaptar-se às flutuações de ruído dos UAVs em tempo real. 

Além disso, os testes da solução mostraram resultados impressionantes ao constatar que ela podia melhorar consideravelmente os níveis de som humano. Ao resumir os benefícios da nova solução e por que ela pode ser uma bênção para futuras missões de busca e resgate, o Professor Chinthaka Premachandra, do Departamento de Engenharia Eletrônica da Escola de Engenharia do Shibaura Institute of Technology, tem a seguinte declaração:

“Suprimir o ruído das hélices dos UAVs da mistura sonora enquanto se aumenta a audibilidade das vozes humanas apresenta um problema de pesquisa formidável. A intensidade variável do ruído dos UAVs, que flutua de forma imprevisível com diferentes movimentos de voo, complica o desenvolvimento de um filtro de processamento de sinal capaz de remover efetivamente o som do UAV da mistura. Nosso sistema utiliza IA para reconhecer efetivamente o som das hélices e abordar essas questões.”

Uma quantidade significativa de pesquisas tem sido realizada na área de supressão de ruído. Uma das pesquisas mais notáveis entre elas veio da Universidade de Loughborough. Nomeada Sonobex, essa solução da universidade abordou os riscos à saúde que o ruído ambiental impõe a nós, incluindo tinnitus e perda auditiva, pressão arterial baixa e doenças cardiovasculares. Também leva a comprometimento cognitivo em crianças e perturba nosso sono, bem-estar mental e social. 

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Sonobex: Estruturas de Cancelamento de Ruído para Ambientes Urbanos

Sonobex aborda um dos principais desafios que a maioria das soluções de cancelamento de ruído ambiental enfrenta: como reduzir sem impedir o fluxo livre de ar e luz na sala. A pesquisa explorou metamateriais acústicos, especialmente cristais sônicos, para criar barreiras de ruído eficientes ao organizá-los em arranjos de hastes cilíndricas. 

Os pesquisadores perceberam que era possível variar a faixa de frequência sonora bloqueada por esse método. Essa descoberta ampliou a aplicabilidade da solução. As barreiras sonoras poderiam ser usadas na construção, indústria, transporte e geração de energia.

Como o espaçamento era ajustável, podia-se permitir espaço suficiente entre as duas barreiras para facilitar o fluxo de ar e luz. Esse fluxo também possibilitava o resfriamento a ar dos equipamentos.

Muitas vezes, soluções arquitetônicas surgem como um obstáculo para alcançar superioridade estética. Esta solução está livre disso, no sentido de que pode ser fabricada a partir de uma variedade de materiais. 

Os arquitetos poderiam explorar diversas opções. Por exemplo, o supressor de ruído poderia ser usado como cobertura de janela. Isso trouxe um valor significativo, pois a carga de vento frequentemente causava problemas para as barreiras de ruído sólidas convencionais. Elas exigiam suporte considerável. As lacunas neste sistema e o fator de permeabilidade ao vento ajudaram a reduzir esse problema. 

A solução provou seu valor além do ambiente de laboratório, tornando-se funcional, econômica, ecológica e adequada para a saúde e bem‑estar. 

De fato, o Sonobex recebeu muitos prêmios durante seu ciclo de inovação. Recebeu fundos de pesquisa da East Midlands Development Agency, do Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), da Innovate UK e da Royal Academy of Engineering.

A praticidade da inovação para aplicação na vida real foi claramente demonstrada quando, em janeiro de 2017, a empresa holandesa de engenharia e manufatura Merford a adquiriu. Acrescentando credibilidade ao produto, o Sonobex obteve a certificação ISO 9001:2005 de garantia de qualidade, solidificando ainda mais sua posição no mercado. Como prova de sua crescente aceitação e eficácia, os painéis acústicos NoiseTrap do Sonobex agora estão encontrando uso crescente em vários sites across Europe.

De acordo com Joost Vertooren, Diretor de Desenvolvimento Corporativo da Merford:

“Sonobex ofereceu exatamente o que a Merford – com mais de sessenta anos de experiência em controle de ruído – estava procurando.”

Empresas como a Merford, que atuam no negócio de redução de som e ruído, estão continuamente em busca de soluções como o Sonobex. Agora, analisaremos produtos de supressão e cancelamento de ruído liderados por empresas e negócios nos segmentos a seguir. 

#1. ThinkBox da ThinkLabs: Um Estetoscópio que Pode Ouvir Sons no Ambiente Mais Barulhento 

Estetoscópios são essenciais para diagnosticar um paciente no momento certo da maneira mais eficiente em termos de tempo e recursos possível. No entanto, em ambientes de alto ruído, em um centro de tratamento improvisado em um campo de batalha, por exemplo, ou em um avião, torna-se difícil para o profissional de saúde ouvir os sons corporais do paciente. 

ThinkLabs, um fabricante bem‑conhecido de estetoscópios, solucionou esse problema reaproveitando a tecnologia do estetoscópio de forma altamente avançada. O dispositivo, entre outras características, vem com uma tecnologia de filtragem que envolve cinco filtros diferentes. Ele pode filtrar eficientemente certos sons e deixar apenas o que é necessário ouvir. 

De acordo com Charles Harding, engenheiro biomédico envolvido no projeto: 

“Dos cinco filtros, há dois filtros cardíacos, que isolam apenas os sons do coração; dois filtros pulmonares, que focam nos sons da inspiração e expiração do ar; e um filtro de banda larga, que permite às equipes médicas gravar sons para diagnósticos de segunda opinião, bem como treinamento.”

O filtro de banda larga serve a três propósitos: telemedicina, telemonitoramento e telementoria. Através do estetoscópio, é possível gravar o som e enviá‑lo a outro profissional médico para obter assistência ou conselho. O dispositivo tem ajudado os profissionais aeromédicos do Departamento de Defesa a tratar de forma mais eficaz os combatentes feridos. 

Com sede em Centennial, Colorado, Estados Unidos, a Thinklabs é uma entidade privada estabelecida em 1991 por Clive Smith. A receita anual estimada da empresa é de cerca de US$16 million.

#2. Tecnologia Proprietária de Cancelamento de Eco e Supressão de Ruído da Qualcomm

A tecnologia de Cancelamento de Eco cVc e Supressão de Ruído da Qualcomm (QCOM ) demonstra eficácia ao fazer uma chamada de voz usando um fone de ouvido estéreo Bluetooth ou earbuds. Ela transmite voz cristalina através de sua tecnologia de captura de voz clara (CVC) ao anular o ruído ambiente, ruído de estrada e ruído gerado por pessoas falando nas proximidades. 

A tecnologia cVc da Qualcomm é um conjunto de algoritmos que operam no caminho de transmissão e recepção de chamadas de voz e entregam qualidade de voz ótima independentemente da localização do receptor. Sua propriedade de cancelamento de eco garante que o eco acústico seja reduzido para uma conversa bidirecional mais natural.

A solução também assegura uma qualidade de voz consistente, superando os desafios de perda de pacotes e ocultação de erros de bits. Garante que a conectividade RF comprometida não interfira na qualidade da voz. Possui várias outras funcionalidades que aprimoram a experiência do usuário, incluindo controle automático de ganho, equalizadores de envio/recebimento, propriedades de ruído de conforto, controle de assobio, capacidades de processamento não linear, equalizadores adaptativos, mistura de fluxo auxiliar, integrabilidade de fala aprimorada por frequência, entre outros. 

De acordo com os últimos dados financeiros disponíveis, a Qualcomm faturou US$9.9 billion em receita GAAP no trimestre encerrado em 24 de dezembro de 2023. O EPS GAAP foi de US$2.46. 

#3. Tecnologia de Controle Ativo de Ruído (ANC) da Silentium 

A Silentium é conhecida como uma inovadora de alto nível no espaço de pesquisa de tecnologia de cancelamento ativo de ruído. Suas soluções são capazes de eliminar até 90% de um som, independentemente da sua origem, seja um exaustor de forno, um sistema de ventilação, um motor de carro ou um trem barulhento. 

A tecnologia de Controle Ativo de Ruído desenvolvida pela Silentium é uma solução disruptiva de gerenciamento de som. Seus algoritmos podem seguir adaptativamente as mudanças no espectro de ruído em tempo real. 

A solução final é pequena em tamanho, de baixo custo e altamente eficaz para ruídos de baixa/média frequência. É capaz de produzir soluções comerciais bem‑sucedidas em muitas aplicações, incluindo residências, escritórios e ambientes industriais. Pode atender às necessidades tanto da indústria automotiva quanto do setor de transportes. 

A solução é única em seu mecanismo de entrega, no sentido de que pode reduzir o ruído ativo tanto na fonte quanto criando zonas pessoais de silêncio. Essas zonas são chamadas de bolhas silenciosas. 

De acordo com as informações mais recentes disponíveis, a Silentium está continuamente ampliando o desenvolvimento e a implantação de seu software Active Acoustics. 

A empresa encerrou sua rodada de financiamento Série D em torno de US$63 milhões no total. Deste US$63 million, US$20 million vieram como parte de sua rodada estendida da Série D, que foi liderada pela Menora Mivtachmin e Meitav Dash. 

O líder global em eletrônicos Molex também foi um dos investidores envolvidos. Ao comentar sobre a entrada de investimentos, Yoel Noar, CEO da Silentium, disse: 

“Recebemos com entusiasmo novos parceiros que compartilham a mesma paixão por acústica e veem valor em aprimorar a privacidade e o bem‑estar através de espaços sonoros pessoais. Com este novo investimento, vamos ampliar o desenvolvimento e a implantação de nossas soluções de software Active Acoustics para fabricantes de veículos e fornecedores automotivos – especialmente à medida que os requisitos de NVH evoluem na nova era da mobilidade elétrica e autônoma.”

Confrontando a Ameaça do Ruído

A Agência Europeia do Ambiente (EEA) reconheceu a poluição sonora como um grande problema, tanto para a saúde humana quanto para o meio ambiente. O relatório da EEA sobre ruído ambiental mostra que vinte por cento da população da Europa está exposta a níveis de ruído de longo prazo que são prejudiciais à sua saúde. 

Isso equivale a mais de 100 milhões de pessoas no continente. O relatório afirma que a exposição prolongada ao ruído pode resultar em uma série de efeitos à saúde, incluindo efeitos negativos nos sistemas cardiovascular e metabólico. 

De acordo com estimativas, o ruído ambiental é responsável por 48.000 novos casos de doença cardíaca isquêmica por ano, bem como 12.000 mortes prematuras. Também leva a até 22 milhões de pessoas sofrendo de irritação crônica alta e mais 6,5 milhões de distúrbios crônicos de sono. É impressionante descobrir que 12.500 escolares sofrem de comprometimento de leitura na escola como resultado do ruído de aeronaves. 

Segundo estudos realizados pela Organização Mundial da Saúde, o ruído é a segunda maior causa ambiental de problemas de saúde, logo atrás da poluição do ar. 

Proteger nossa população dos efeitos nocivos da poluição sonora é uma necessidade que não podemos negar sob risco de nossa própria segurança. Há uma necessidade urgente de fortalecer a pesquisa em supressão de ruído criando sinergias com outros paradigmas tecnológicos em desenvolvimento, como a IA. A boa notícia é que esforços significativos já estão sendo feitos nessa direção.