Дыхание под водой: ИИ научился оценивать здоровье дайвера по пузырькам
В Университете Миннесоты разработали уникальную систему искусственного интеллекта. Она даёт подводным роботам-компаньонам возможность в реальном времени следить за состоянием человека. И что самое интересное — для этого не нужно никаких датчиков на теле. Достаточно просто «смотреть» на пузырьки, которые дайвер выдыхает.
Публикация об этом появилась в International Journal of Robotics Research. По сути, это первый случай, когда роботическое зрение применили для того, чтобы замерять частоту дыхания под водой. Ну, и как вам такое?
В чём тут польза для подводников
Дайвинг — штука рискованная, особенно если речь об экстремальных условиях. Организм получает дикую нагрузку: от банальной усталости до серьёзных проблем с дыханием, которые могут угрожать жизни.
Теперь же роботы, оснащённые камерами, способны фиксировать, как часто и насколько интенсивно дайвер выпускает пузырьки из регулятора. И прямо на ходу замечать признаки стресса, гипервентиляции или истощения. Кстати, такой бесконтактный подход решает давнюю головную боль исследователей.
Обычные медицинские датчики и носимые гаджеты под водой часто оказываются бесполезными. Толстые гидрокостюмы и сухие костюмы блокируют контакт, необходимый для точных замеров. А передача данных по воде без проводов — это вообще отдельная история.
Как роботов учили «видеть» дыхание
«Мы хотели дать дайверам надёжного робота-напарника, который станет вторыми глазами и сможет оценивать физиологический стресс под водой, — рассказывает Джунад Саттар, доцент кафедры компьютерных наук и инженерии, старший автор работы. — Это первый шаг к тому, чтобы оценивать состояние не одного, а целой группы дайверов в поле зрения робота».
Чтобы обучить ИИ, команда придумала систему «нечеткой разметки». Подводные кадры часто мутные, поэтому исследователям пришлось вручную размечать тысячи изображений. В помощь брали синхронизированные аудиозаписи — характерные звуки выдохов из регулятора. Так робот постепенно учился понимать, как именно выглядит вдох и выдох.
«Следить за дыханием на суше — стандартная практика. Но под водой это огромная техническая проблема», — объясняет Деметриус Куцке, аспирант Лаборатории робототехники и зрения Миннесотского университета и ведущий автор исследования.
Чтобы справиться с задачей, собрали обширную базу аудио- и видеозаписей из самых разных условий. Ведь автономный подводный аппарат (AUV) должен работать в воде разной температуры и прозрачности. Данные собирали в разных местах:
- от озера Верхнего в Дулуте и Сквер-Лейк в Стиллуотере (Миннесота)
- до Карибского моря у берегов Барбадоса
От полевых испытаний до сигналов тревоги
Сердцем полевых испытаний стала система связи HREyes. Через неё робот сообщал дайверу-напарнику о его состоянии. Дыхание классифицировали как «ниже нормы» (меньше четырнадцати вдохов в минуту), «норма» (от четырнадцати до двадцати вдохов) или «выше нормы» (больше двадцати вдохов).
Переводя визуальные наблюдения в количество вдохов в минуту, робот определяет, испытывает ли дайвер стресс. В планах команды — объединить данные о частоте дыхания с анализом движений дайвера. Слияние этих показателей даст комплексный «профиль самочувствия». А значит — максимальную безопасность при глубоководных погружениях.
Кроме Саттара и Куцке, в команду вошла Веннела Дупати — студентка кафедры компьютерных наук и инженерии, а также кафедры электротехники и вычислительной техники.
Выходные данные
Деметриус Т. Катцке и соавторы, «Роботизированная оценка частоты дыхания одинокого дайвера-аквалангиста для безопасности при подводном взаимодействии человека и робота», Международный журнал робототехники (2026). DOI: 10.1177/02783649251411466
Смотрите также в каталоге ROBOWIN
Под заказ 25–55 дней, со склада по России 1–3 дня. Частному лицу карта и чек, компании счёт.