Слуховой аппарат на базе open source — как он устроен

Инженеры из университета Пердью с коллегами представили Tympan — слуховой аппарат на базе открытого программного обеспечения. Рассказываем, из чего он состоит и что о нем думают люди.

Почему появился Tympan

По данным ВОЗ, более 5% населения планеты — это 466 миллионов человек — страдает от инвалидизирующей потери слуха. Она подразумевает, что разница в громкости звуков, которые воспринимает левое и правое ухо, составляет 40 дБ у взрослых и 30 дБ у детей. Для сравнения: уровню громкости в 30 дБ соответствует тиканье часов.

В США на решение проблем, связанных с потерей слуха, ежегодно тратят 750 млрд долларов. Однако в эту сумму не входят расходы на слуховые аппараты — в большинстве случаев они не покрываются медицинской страховкой. Учитывая, что стоимость таких устройств может достигать четырех тысяч долларов, для многих они становятся непозволительной роскошью.

Предложить альтернативу решили инженеры из университета Пердью и ряда медицинских лабораторий. Они разработали слуховой аппарат Tympan, стоимость которого составляет всего 300 долларов. При этом проект полностью открыт — программный код для прошивки выложен на GitHub, там же есть описание аппаратной части — поэтому устройство можно не покупать у разработчиков, а собрать самостоятельно.

Среди авторов проекта числится Джоэл Мерфи (Joel Murphy), который участвовал в создании open source пульсометра Pulse Sensor и открытого нейрокомпьютерного интерфейса OpenBCI. Другая знаковая фигура — Эдди Вагенкнехт (Addie Wagenknecht), она долгое время выступала председателем конференции Open Hardware Summit в MIT.

Как он устроен

Аппаратная часть. В качестве базовой платы выбрана Teensy 3.6. Она имеет встроенный USB-порт и поддерживает SD-карты. Запрограммировать её можно с помощью Arduino IDE. Для работы со звуком используется микросхема TI TLV320AIC3206. Она выполняет функции ЦАП и АЦП, а также усилителя. Плата имеет встроенные микрофоны, разъемы для внешних микрофонов и наушников, Bluetooth-интерфейс и аккумулятор.

Программное обеспечение. Код «упакован» в библиотеку Arduino. Для работы со звуком в ней представлены фильтры с конечной и бесконечной импульсной характеристикой, детекторы уровня сигнала, а также функции быстрого и обратного преобразования Фурье.

Большую часть компонентов устройства Tympan (например, микрофоны) пользователи могут менять на свое усмотрение. Однако аудиокодеки и процессор заменить не получится.

На GitHub разработчики также приводят акустические параметры устройства. Например, максимальное значение выходного сигнала составляет 121 дБ, а уровень шума на входе системы — 39 дБА.

Что думают люди

Устройство Tympan уже приобрел один инженер из Нью-Йорка. По его словам, первые тесты прошли удачно — в предоставленной документации была освещена большая часть вопросов, а сами разработчики оперативно давали комментарии. В будущем пользователь планирует отдать слуховой аппарат своей слабослышащей матери. Пользу проекта отметили и резиденты Hacker News. Они считают, что в перспективе Tympan способен решить проблемы со слухом у многих людей.

^{Фото JD Mason / Unsplash}

Хотя большая часть отзывов была положительной, были и те, кто высказал ряд сомнений. Например, есть мнение, что рабочие параметры «открытого» слухового аппарата будут хуже, чем у более дорогих проприетарных гаджетов. Резидент HN рассказал, что разработка подобных устройств требует глубоких познаний в обработке сигналов и шумоподавлении. Проведение серьезных R&D в этих областях требует существенный объем ресурсов, которых у разработчиков open source проектов может и не быть.

Также есть вероятность, что в какой-то момент проект начнет испытывать трудности с лицензированием, поскольку здравоохранение — одна из самых строгих и регулируемых областей, где принято делать ставку на защиту своих разработок патентами.

Еще комментаторы отметили, что Tympan использует быстрое преобразование Фурье. Это ресурсоемкий алгоритм, который может негативно сказаться на времени жизни аккумулятора слухового аппарата. Помимо этого — все риски, связанные с потенциальным вредом здоровью, который теоретически может нанести любой гаджет, в данном случае принимает на себя сам пользователь системы. И не может претендовать на какую-либо компенсацию, так как использует открытый проект на свой страх и риск.

Другие проекты

Разработками в этой сфере занимаются и крупные компании. Например, год назад Google совместно с GN Hearing, проектирующей аудиотехнологии для слабослышащих людей, начали проектировать протокол, который позволит подключать слуховые аппараты напрямую к Android-смартфонам. Его назвали ASHA (Audio Streaming for Hearing Aids), и он использует технологию Bluetooth Low Energy на основе Bluetooth 5.0, чтобы продлить время жизни устройств.

Помимо слуховых аппаратов, в open source появляются и другие мед. гаджеты. Например, тот же Джоэл Мерфи участвует в разработке фитнес-браслета OpenHAK. Его цель — дать пользователям устройств больше контроля за своими данными. Также разработчики хотят расширить пул функций, которые выполняют фитнес-браслеты. Первые приложения для OpenHAK уже выложены на GitHub.