Quienes intentan hablar con Siri pronto podrían dejar de parecer que están a punto de comerse sus iPhone, gracias a una nueva demostración tecnológica que resuelve el dilema del «Cocktail Party».
En una sala abarrotada, con voces que llegan desde todas las direcciones, el sistema auditivo humano es increíblemente hábil para concentrarse en una sola voz mientras filtra el murmullo de fondo.
Las computadoras no lo son.
Sin embargo, un nuevo enfoque de ingenieros de la Universidad de Duke podría mejorar pronto su rendimiento en entornos ruidosos. El sensor utiliza metamateriales —la combinación de materiales naturales en patrones repetitivos para lograr propiedades no naturales— y detección comprimida para determinar la dirección de un sonido y extraerlo del ruido de fondo circundante.
Una vez miniaturizado, el dispositivo podría tener aplicaciones en electrónica de control por voz, dispositivos médicos de detección que utilizan ondas, como los ultrasonidos, y en audífonos e implantes cocleares.
El estudio se publicó en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 11 de agosto de 2015.
«Hemos inventado un sistema de detección que puede resolver de manera eficiente, fiable y económica un problema interesante con el que la tecnología moderna tiene que lidiar a diario», afirmó Abel Xie, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica y de computación en Duke y autor principal del artículo. «Creemos que esto podría mejorar el rendimiento de los dispositivos activados por voz, como los teléfonos inteligentes y las consolas de videojuegos, al tiempo que reduce la complejidad del sistema.»
El prototipo de prueba de concepto se parece un poco a un panal grueso de plástico en forma de tarta, dividido en decenas de porciones. Aunque las aberturas del panal pueden parecer todas iguales, su profundidad varía de un orificio a otro. Esto confiere a cada porción del panal una configuración única.
«Las cavidades se comportan como botellas de refresco cuando se sopla sobre sus bocas», afirmó Steve Cummer, profesor de ingeniería eléctrica y de computación en Duke. «La cantidad de refresco que queda en la botella, o en nuestro caso la profundidad de las cavidades, afecta al tono del sonido que producen, y esto cambia el sonido entrante de una forma sutil pero detectable.»
Cuando una onda sonora llega al dispositivo, se distorsiona ligeramente por las cavidades. Y esa distorsión tiene una firma específica según la porción de la tarta sobre la que haya pasado. Tras ser captado por un micrófono situado al otro lado, el sonido se transmite a un ordenador capaz de separar la maraña de ruidos a partir de estas distorsiones únicas.
Este prototipo de sensor puede separar sonidos simultáneos procedentes de distintas direcciones gracias a una distorsión única que le aporta la porción de «tarta» por la que pasa.
Los investigadores probaron su invento en múltiples ensayos enviando simultáneamente tres sonidos idénticos al sensor desde tres direcciones diferentes. Fue capaz de distinguirlos con una tasa de precisión del 96,7 por ciento.
Aunque el prototipo tiene seis pulgadas de ancho, los investigadores creen que podría reducirse de tamaño e incorporarse a los dispositivos que usamos a diario. Y dado que el sensor está hecho de plástico y no tiene partes eléctricas ni móviles, es extremadamente eficiente y fiable.
«Este concepto también puede tener aplicaciones fuera del mundo de la electrónica de consumo», afirmó Xie. «Creo que podría combinarse con cualquier dispositivo de imagen médica que utilice ondas, como los ultrasonidos, para no solo mejorar los métodos de detección actuales, sino también crear otros completamente nuevos.
«Con la información adicional, también debería ser posible mejorar la fidelidad del sonido y ampliar las funciones para aplicaciones como audífonos e implantes cocleares. Un desafío evidente es hacer que el sistema sea físicamente pequeño. Es difícil, pero no imposible, y estamos trabajando para alcanzar ese objetivo.»
Este trabajo contó con el respaldo de una Multidisciplinary University Research Initiative con la subvención N00014-13-1-0631 de la Office of Naval Research.
Este artículo se publica en colaboración con Duke. La publicación no implica el respaldo de los puntos de vista por parte del Foro Económico Mundial.
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Autor: Ken Kingery es escritor científico de Duke.
Imagen: El prototipo del sensor se prueba en una sala insonorizada para eliminar ecos y ruido de fondo no deseado. Foto/Duke
