WiFi Sinyaliyle Kalp Atış Hızı Ölçmek Mümkün

• Yalnızca WiFi sinyalleri ile klinik düzeyde kalp atış hızı ölçümü mümkün
• Son derece düşük maliyetli WiFi cihazları ile algoritmaların birleşimi sayesinde giyilebilir cihaz olmadan sağlık durumunu kontrol etmek mümkün
• Kişinin konumu veya hareketinden bağımsız olarak, 3 metre uzaktan bile doğru ölçüm yapılabiliyor
• Araştırma ekibi, algoritmayı ESP32, Raspberry Pi gibi düşük maliyetli cihazlardan gelen verilerle eğitti
• Gelecekte solunum hızı ölçümü ve uyku apnesi tespiti için de kullanım potansiyeli yüksek

---

Genel Bakış

• UC Santa Cruz araştırma ekibi, sıradan ev tipi WiFi sinyalleri ile kalp atış hızını doğru biçimde ölçebilen Pulse-Fi sistemini geliştirdi
• Bu sistem, son derece düşük maliyetli WiFi cihazları ile makine öğrenimi algoritmalarını birleştirerek, mevcut giyilebilir cihazlar olmadan da gerçek zamanlı sağlık takibinin mümkün olabileceğini gösteriyor

Pulse-Fi: WiFi ve Makine Öğrenimi ile Kalp Atış Hızı Ölçümü

• WiFi cihazları çevreye frekans dalgaları yayar ve bu dalgalar insan gibi nesnelere çarptığında matematiksel olarak algılanabilir değişimler oluşturur
• Pulse-Fi, WiFi verici/alıcılarından toplanan sinyalleri sinyal işleme ve makine öğrenimi ile analiz eder
  • Gürültüyü filtreleyerek yalnızca kalp atışının neden olduğu ince sinyal değişimlerini çıkarır
• Projeye, Baskin School of Engineering bünyesinden bir profesör, lisansüstü öğrenciler ve ziyarete gelen bir lise araştırmacısı öncülük etti

Deney Sonuçları ve Doğruluk

• 118 katılımcı üzerinde yapılan testlerde yalnızca 5 saniyelik ölçümle klinik düzeyde doğruluğa ulaşıldı
  • Ortalama hata dakikada yalnızca 0,5 atım düzeyindeydi ve ölçüm süresi uzadıkça doğruluk arttı
• Sistem, yalnızca laboratuvar ortamında değil, farklı pozisyonlar (oturma, ayakta durma, uzanma, yürüme vb.) ve cihaz konumlarından bağımsız olarak sorunsuz çalıştı
• 3 metre (yaklaşık 10 feet) mesafede de yüksek doğruluk sağlandı; ticari yönlendiriciler gibi daha gelişmiş WiFi cihazları kullanıldığında daha iyi performans bekleniyor

Veri Kümesinin Oluşturulması

• Algoritmayı eğitmek için araştırmacılar, ESP32 ile standart bir pulse oksimetreyi birlikte kullanarak doğrudan veri topladı
  • Pulse-Fi verileri ile pulse oksimetrenin "gerçek referans" verileri birleştirilerek sinir ağı eğitildi
• Ayrıca başka bir araştırma ekibinin Raspberry Pi ile oluşturduğu büyük ölçekli veri kümesine de Pulse-Fi uygulandı

Uygulamalar ve Gelecek Yönelimler

• Gelecekteki araştırmalarda solunum hızı ölçümü ve uyku apnesi tespiti gibi ek kullanım alanlarına genişletilmesi planlanıyor
• Henüz yayımlanmamış aşamadaki deneylerde de solunum ve apne tespiti için yüksek hassasiyet potansiyeli doğrulandı

Endüstriyel Kullanım

• Ticari kullanımla ilgilenen şirketler, UC Santa Cruz bünyesindeki teknoloji transferi sorumlularıyla iletişime geçebilir

Sonuç

• Son derece düşük maliyetli donanım ile makine öğreniminin birleşimi, temassız kalp atış hızı ve sağlık takibini mümkün kılıyor
• Giyilebilir cihazlar veya hastane ekipmanları olmadan da evde kolay ve invaziv olmayan sağlık durumu kontrolü için önemli bir yenilik bekleniyor

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• Bazı insanlar bu teknolojiyle biyometrik verilerin sürekli izlenmesini öneriyor. Buna karşılık bazıları bunun gizlilik sorunları yaratacağını düşünüyor. Ama daha büyük sorun, sürekli izlemenin tersine aşırı tedaviye yol açarak hastalar için daha kötü sonuçlar doğurabilmesi olabilir. Bunun önemli nedeni, yaşamsal bulguları zaten bir şeylerin ters gittiğinden şüphelendiğimiz anda izlemeye başlamamızdır. Sağlıklı bir insanı sürekli gözlemlerseniz, oldukça büyük dalgalanmalar görülebilir ve gerçekte sorun olmasa bile görünürde bir sorun varmış gibi durabilir. Nitekim bu, hastanede doğum sırasında anne ve bebeğin sürekli izlenmesiyle deneysel olarak doğrulanmış bir durumdur. Bazı kliniklerde, gelir gelmez sürekli izleme başlatılıp gereksiz yere daha fazla müdahale yapıldığı ve kişi başlangıçta sağlıklı olmasına rağmen sonuçların daha kötü olduğu durumlar olmuştur. Elbette bazı kliniklerin zaten aşırı tedaviye yatkın olması mümkün, ama aşırı izlemenin aşırı tedaviye yol açtığı fikri kulağıma oldukça sezgisel geliyor
• Elektrik direği denetim helikopterlerinin, pervanelerin oluşturduğu ses dalgası yankı desenlerinden ahşap direğin durumunu nasıl anladığını duymuştum; sağlam mı, çürük mü gibi. Girişimsiz algılama alanı (mevcut/çevresel yayılım kaynaklarını kullanma) gerçekten etkileyici biçimde ilerliyor
  • Telekom altyapısı işlerinde, direğin çevresinde çalışırken mutlaka "hammer test" yapılması gerektiği öğretiliyor. Sağlam direk, biraz çürümüş direk ve tamamen çürümüş direk arasında ses farkı oldukça büyük
  • İlgili orijinal makale (2001): Yeni teknoloji, havadan lazerler ve AI ile ahşap yapı güvenilirliğini değerlendiriyor. Bunun gerçekten ticarileşip ticarileşmediğini bilmiyorum, ama son dönemde termal görüntüleme ve çok bantlı görüntüleme kullanan örnekler de gördüm
  • Bu kadar büyük bir helikopterin, kabloların bağlı olduğu gerçek elektrik direklerine pratikte nasıl yaklaşabildiğini ve bunun hangi modelle yapıldığını merak ediyorum
  • CT taramaları hastaya radyasyon verir ama hâlâ standart tıbbi uygulamadır
• Bir Star Trek TOS bölümünde Kaptan Kirk'ün cinayetle suçlandığı ve kalp atışlarını ayırıp tespit ederek hâlâ gemide olan kurbanı buldukları sahne aklıma geldi. Neredeyse 60 yıllık bir bölüm ama spoiler olduysa kusura bakmayın
  • Klasik Star Trek hayranı olarak şunu söyleyebilirim: Bir gezegenin tamamını tarayıp mürettebatı bulabiliyorlar ama kendi gemilerinde kimin olduğunu anlayamıyorlar. Üstelik geminin içinde genel amaçlı sesli gözetim cihazları varken duvar interkomu kullanmaları gerekiyor
  • “Spoiler!” diye şaka yapma fırsatımı elimden aldın. Aslında bölümün önceden söylenmesinden bile daha sinir bozucu
  • Eğlenceli özet: planetofhats'in ilgili bölüm özeti
• Her insanın kalbi farklıdır. Tıpkı iris ya da parmak izi gibi, ayırt etmede kullanılabilecek benzersiz bir kalp sinyali (kardiyo imzası) vardır. Bunu uzaktan lazerle algılamaya yönelik araştırmalar da zaten mevcut ilgili haber: Pentagon, insanları yalnızca kalp atışlarıyla tanımlayabilen bir lazer geliştirdi
  • İnsan vücudunun WiFi sinyali yayılımını engelleme biçimine dayalı biyometrik tanımlama | ilgili HN yazısı
    Araştırmacılar, WiFi için kullanılan CSI'ı (Channel State Information: elektromanyetik sinyalin genlik ve faz bilgileri vb.) her kişinin farklı biçimde bozmasına odaklandı. Bunu derin öğrenmeyle işleyip sinyal tabanlı benzersiz veri imzaları çıkardılar. Bu yaklaşım, sinyal tabanlı Re-ID (yeniden tanımlama) sistemlerine uygulanabilir
  • Parmak izi değişmez ama kalp atışı her seferinde farklıdır. Her kalp atışı farklı olduğundan, bireysel bir 'kalp imzası' da sürekli değişir ve belirli bir kişiyi sürekli tanımlamayı zorlaştırabilir
• Rahatsız hissettiren giyilebilir cihazlar olmadan, koşu bandında göğüs bandına da gerek yok. Aynı anda hem kalp atışı hem solunum mu? Evdeki herkesi 7/24 ucuz bir Raspberry Pi ile izlemek mi? Bu teknolojinin piyasaya çıkması umarım uzun sürmez. Gerçekten faydalı görünüyor
  • Bunun olumlu bilimkurgu tarzı kullanım senaryoları var. Ama yalnızca veriler ve otomasyon tamamen ilgili kişinin kontrolü altındaysa anlamlı olur. Örneğin: self-hosted sunucu, yerel GPU, yerel LLM, çevrimdışı konuşma tanıma, kişisel 3D ev ve vücut taramaları vb.
  • Bakım verme tarafında da muazzam değeri olabilir gibi görünüyor. Ben büyükanneme bakıyorum ve anahtarlara AirTag takmak bile kolay olmuyor. Giyilebilir cihazları ya da Life Alert benzeri ürünleri düzenli kullanamıyor. Girişimsiz ve pasif sağlık izlemesi olsa harika olurdu
  • Bu teknoloji o kadar tuhaf hissettiriyor ki, WiFi sektörünün buna aşırı temkinli yaklaşacağını düşünüyorum. Hatta muhtemelen patentlerle kilitli tutarlar. Devlet de muhtemelen bunun kamuoyunca bilinmesini istemez
  • WiFi RSSI hack'leri (ör. WiSee(2013)), Linksys Aware(-2024) Linksys Aware Google araması,
    ilgili başlık: 802.11bf açıklaması,
    802.11bf araması: Google,
    "Tüm ev kablosuz sinyalleriyle jest tanıma" (2013): ACM makalesi,
    atıf yapan makaleler Google Scholar,
    yüksek serbestlik dereceli ivmeölçer tabanlı kablosuz jest tanıma, Awesome-WiFi-CSI-Sensing,
    3D tarama teknolojileri ve uygulama alanlarına kadar
• Bu teknolojiyi geliştiren lise öğrencisiyim. Merak ettiğiniz bir şey varsa sorun, yanıtlamaya hazırım
  • Tebrikler, gerçekten etkileyici. Bağlantı verilen haberde ayrıntılar çok eksik; makaleyi ya da preprint'i paylaşmanız mümkün mü diye merak ediyorum
• ESP32 çipinde çalıştığını görünce, akıllı telefonlardaki WiFi çiplerinde de iyi çalışacağından eminim (haberde bundan bahsedilmiyor). Günümüzde birçok insan akıllı telefonunu sürekli yanında taşıyor. Bu da tek bir kişi hakkında çok derin bir profil oluşturmayı mümkün kılabilir. Örneğin telefonda neye baktığı, hangi aramaları aldığı, nerede olduğu ve yakınındaki diğer kişilerin kim olduğu (başka akıllı telefonların kimliği) bile çıkarılabilir. Kullanıcının duyguları da (heyecan, korku, öfke vb.) hesaba katılarak çok daha fazlası anlaşılabilir gibi görünüyor
• Bu tür teknoloji yeni değil. WiFi sinyalleri en az 10 yıldır nesne/insan/hayvan tespiti, yürüme analizi[1], tuş vuruşu tanıma[2], solunum ve kalp atışı izleme[3], hatta konuşma dinleme[4] için kullanılıyor.
  geçmiş ilgili HN tartışması,
  The Atlantic - Wi-Fi Surveillance,
  arşiv
  1: yürüme analizi IEEE makalesi
  2: tuş vuruşu tespiti ACM makalesi
  3: solunum/kalp atışı tespiti arşivi
  4: konuşma dinleme arşivi
  • Bu teknikleri gerçekten başarıyla uygulayan oldu mu merak ediyorum. Birkaç yıl önce benzer bir uygulamayı değerlendirmiştim ve makalelerde geçen her yöntemin epey sınırlaması ya da metodolojik açığı vardı
  • Aslında aynı ilke ses için de uygulanmıştı. Birkaç yıl önce, araç içindeki hoparlör ve mikrofonla araçtaki kişi sayısını, özellikle de unutulan çocukları ya da evcil hayvanları tespit etmeye yönelik bir çalışma gördüğümü hatırlıyorum
  • [resmî duyuruya göre] Ev ve ofis için ticarileştirme şu an açısından yeni olan kısım
• 802.11bf, algılama uygulamalarına odaklanıyor

  Son gelişmeler sayesinde WiFi teknolojisi; algılama, konum takibi ve tanıma gibi sensing işlevlerini mümkün kıldı
  Ancak mevcut WLAN standartları iletişim odaklı geliştirildiği için gelişmiş sensing gereksinimlerini yeterince karşılayamıyor
  Bu nedenle IEEE 802.11 çalışma grubu, iletişim üzerindeki etkiyi en aza indirirken gelişmiş sensing gereksinimlerini ele almak üzere 802.11bf görev grubunu (TG) kurarak standartta değişiklik hazırladı
  ilgili makaleler: IEEE Xplore 802.11bf sensing tanıtımı,
  NIST Wi-Fi sensing'in yaygınlaşmasını sağlayan çalışma,
  Cognitive Systems - 802.11bf, mevcut sensing'i nasıl geliştiriyor
  not: IEEE 802.11bi (veri gizliliğini güçlendirme) de var

  • 802.11 Blue Falcon
• Bu haberin (basın bülteninin) yalnızca sağlık izlemenin sözde olumlu etkilerini vurgulaması, gizlilik sorunlarından ise hiç bahsetmemesi üzücü. Bu teknoloji pek çok şekilde kötüye kullanılabilir. Örneğin reklam izlendiğinde kalp atışındaki değişimleri takip ederek, kişiyi duygusal olarak daha fazla etkileyecek reklam hedeflemesi yapılabilir. Alışveriş sırasında kalp ritmi takibi de aynı şekilde kullanılabilir. Hatta hırsızlar evde biri olup olmadığını anlamak için de bundan yararlanabilir. Yakında sadece güncellenmemiş WiFi yönlendiricilerin botnet'lere katılmasından değil, konum ve uyarılma düzeyi gibi biyometrik verilerin izlenip satılmasından da endişe etmek gerekecek
  • Yeni ve daha verimli piyasalar açılıyor demek (=new and more efficient markets)