9 月 3 日消息，Wi-Fi 現(xiàn)在不僅能讓你上網(wǎng)，還能感知你的心跳。美國加州大學(xué)圣克魯茲分校的工程師們研發(fā)出一套系統(tǒng)，可將日常使用的無線信號轉(zhuǎn)化為醫(yī)療檢測工具。

這項概念驗證研究表明，無需智能手表、胸帶或醫(yī)院監(jiān)護(hù)儀，一套簡單的 Wi-Fi 發(fā)射器和接收器就能以臨床級精度測量心率。

這套名為 Pulse-Fi 的技術(shù)，所使用的廉價硬件在家庭和辦公場所中十分常見。通過將機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于 Wi-Fi 信號，該系統(tǒng)能捕捉到心跳引發(fā)的微弱信號變化，并過濾掉人體活動、環(huán)境干擾等背景噪音。

據(jù)IT之家了解，研究人員對 118 名參與者進(jìn)行了系統(tǒng)測試，結(jié)果顯示其測量精度與傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)儀幾乎一致。僅需 5 秒的信號處理時間，Pulse-Fi 測量心率的誤差便可控制在每分鐘 0.5 次以內(nèi)。而且無論參與者處于坐著、站立、躺臥還是行走狀態(tài)，延長監(jiān)測時間都能進(jìn)一步提升精度。

Wi-Fi 迎來“健康監(jiān)測”新功能

心率是最基礎(chǔ)的健康指標(biāo)之一，與壓力水平、身體水分狀況及體能狀態(tài)密切相關(guān)。但以往監(jiān)測心率通常需要佩戴可穿戴設(shè)備或使用臨床專業(yè)儀器。而 Pulse-Fi 的出現(xiàn)，預(yù)示著未來 Wi-Fi 路由器有望兼具無接觸式健康監(jiān)測功能。

“我們的研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)在日常環(huán)境中即可使用，無需特殊定位，也不需要昂貴設(shè)備?！痹擁椖柯?lián)合負(fù)責(zé)人、博士生納揚?巴蒂亞表示，他與計算機(jī)科學(xué)教授卡蒂亞?奧布拉茨卡共同主導(dǎo)了這項研究。

研究團(tuán)隊使用的是成本極低的 ESP32 芯片（零售價僅 5 至 10 美元）和樹莓派開發(fā)板（約 30 美元）。即便使用這些低成本硬件，系統(tǒng)仍能保持較高精度。研究人員稱，若改用商用級路由器，其性能可能還會進(jìn)一步提升。

該系統(tǒng)的工作原理是分析無線電波在空間中傳播時的行為特征。當(dāng) Wi-Fi 信號遇到人體時，會被部分吸收和散射，心跳會使這些信號產(chǎn)生細(xì)微但可檢測到的變化。Pulse-Fi 的算法通過學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)血氧儀采集的真實數(shù)據(jù)，掌握了識別這類信號變化的能力。

為構(gòu)建數(shù)據(jù)集，研究人員在加州大學(xué)圣克魯茲分校的科學(xué)與工程圖書館內(nèi)開展實驗。他們將 Wi-Fi 信號波動與實際心率測量結(jié)果進(jìn)行對比，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立二者間的關(guān)聯(lián)模型。此外，團(tuán)隊還利用巴西研究人員此前用樹莓派設(shè)備采集的現(xiàn)有數(shù)據(jù)集對該方法進(jìn)行測試，進(jìn)一步驗證了其精度。

功能不止于測心率

目前，研究團(tuán)隊已著手拓展該系統(tǒng)的功能，計劃加入呼吸頻率監(jiān)測模塊 —— 這一功能或有助于睡眠呼吸暫停等疾病的診斷。尚未發(fā)表的早期研究結(jié)果顯示，該方向具有良好前景。

研究還發(fā)現(xiàn)，Pulse-Fi 在最遠(yuǎn) 3 米的距離內(nèi)仍能準(zhǔn)確測量心率。得益于其搭載的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，即使距離增加，測量性能也不會下降。

“我們發(fā)現(xiàn)距離對測量結(jié)果基本沒有影響，而這正是以往同類技術(shù)面臨的一大難題?！备咧猩芯繂T普拉納伊?科切塔表示，他通過加州大學(xué)圣克魯茲分校的科學(xué)實習(xí)項目加入了該研究團(tuán)隊。

該研究成果已發(fā)表于 2025 年 IEEE 分布式計算智能系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)國際會議（DCOSS-IoT）的會議論文集中。