Un larynx artificiel qui suit la langue

Des chercheurs en Afrique du Sud travaillent sur un nouveau type de larynx artificiel qui n'aura pas la voix rauque des appareils existants. Le système suit le contact entre la langue et le palais pour déterminer quel mot est prononcé et utilise un synthétiseur vocal pour générer des sons.

Prendre contact: Le palatomètre de l'image du haut est normalement utilisé en orthophonie. Des chercheurs en Afrique du Sud entraînent l'appareil à reconnaître les mots prononcés par des personnes dont le larynx a été retiré. Le graphique espace-temps dans l'image du bas correspond au modèle de contact langue-palais pour le mot été.

Selon le Institut national du cancer , quelque 10 000 Américains reçoivent un diagnostic de cancer du larynx chaque année, et la plupart des patients atteints d'un cancer avancé doivent se faire enlever leur boîte vocale.

Tous les appareils actuellement disponibles produisent un son si mauvais qu'il sonne comme un robot ou qu'il a une voix bourrue, explique Megan Russell, doctorante à la Université du Witwatersrand à Johannesburg, Afrique du Sud. Nous sentions que la technologie était là pour une solution vocale synthétique artificielle.

Le système utilise un palatomètre : un appareil qui ressemble beaucoup à une plaque orthodontique et qui est normalement utilisé pour l'orthophonie. L'appareil, fabriqué par Discours complet d'Orem, UT, suit le contact entre la langue et le palais à l'aide de 118 capteurs tactiles intégrés. Le logiciel pour le larynx artificiel a été écrit par Russell et ses collègues de l'Université du Witwatersrand. Leurs travaux sont présentés au Conférence internationale sur le génie biomédical et pharmaceutique cette semaine à Singapour.

Pour utiliser l'appareil, une personne met le palatomètre dans sa bouche et prononce des mots normalement. Le système essaie de traduire ces mouvements de la bouche en mots avant de les reproduire sur un petit synthétiseur sonore, peut-être rangé dans une poche de chemise.

Jusqu'à présent, Russell a entraîné le système à reconnaître 50 mots anglais courants en prononçant chaque mot plusieurs fois avec le palatomètre dans sa bouche. Les informations peuvent être représentées sur un graphe spatio-temporel binaire et mises dans une base de données. Chaque fois que l'utilisateur parle, les modèles de contact sont comparés à la base de données pour identifier le mot correct.

L'équipe de Russell a testé le système d'identification des mots à l'aide de diverses techniques. Une approche consiste à aligner et à moyenner les données produites tout en entraînant l'appareil pour quelques instances d'un mot afin de créer un modèle de comparaison. Un autre compare des caractéristiques telles que la zone des tracés de données sur le graphique et le centre de masse sur les axes X et Y. Un système de vote compare les résultats des méthodes sélectionnées pour voir s'il y a accord. Les chercheurs ont également testé un système d'analyse prédictive, qui considère le dernier mot prononcé pour aider à déterminer le suivant.

Russell dit que lorsque les éléments de vote et prédictifs sont combinés, le système identifie le mot correct 94,14% du temps, bien que cela n'inclue pas les mots que le système classe comme inconnus et choisit d'ignorer. Russell dit que cela arrive environ 18% du temps. Mais choisir le mauvais mot pourrait conduire à des situations sociales très difficiles, dit Russell, il est donc préférable que le système rejette les mots peu clairs et reste silencieux.

L'équipe espère éliminer les câbles plats du palatomètre, qui sortent de la bouche de l'utilisateur, et créer à la place un système dans lequel les données sont transmises sans fil du palatomètre à un synthétiseur vocal. Le groupe doit également améliorer le système d'analyse prédictive et étendre la base de données de mots.

L'équipe de Russell devra également tester de nombreux autres sujets, y compris ceux sans larynx, avant que l'appareil ne soit largement disponible.

Nous avons également l'intention de mettre en œuvre un degré de modulation de hauteur et de volume contrôlé par l'utilisateur afin d'obtenir un son plus naturel, déclare David Rubin, professeur adjoint d'ingénierie électrique et informatique à l'Université de Witwatersrand et l'un des conseillers de Russell sur le projet. Par exemple, nous souhaitons que l'utilisateur puisse obtenir l'inflexion typique vers le haut de la voix lorsqu'il pose une question par rapport à une déclaration.

Il est également important pour l'équipe d'améliorer la vitesse de traitement de l'appareil. Il faut maintenant plus d'une seconde au système pour identifier et lire le mot correct. En fin de compte, ce temps doit être réduit à moins de 0,3 seconde pour qu'il apparaisse aux observateurs que les lèvres et la voix de la personne sont synchronisées, dit Russell.

Des chercheurs de l'Université de Hull au Royaume-Uni explorent une approche différente du problème. Ils placent des aimants dans la bouche et ceux-ci mesurent les changements du champ magnétique autour de la bouche qui correspondent au mouvement. Actuellement, les chercheurs de Hull utilisent de la colle chirurgicale pour fixer six aimants sur les lèvres, la gorge et la langue. En fin de compte, les aimants seraient implantés. Nous cherchons toujours à savoir quel est le meilleur endroit pour les mettre, dit Jacques Gilbert , maître de conférences en ingénierie à Hull.

Comme l'équipe de Witwatersrand, le groupe Hull espère éliminer une grande partie du câblage et étendre son ensemble de données. Actuellement, le système Hull ne peut identifier que 10 mots et la précision peut aller de 70 à 100 %.

Cependant, Gilbert se demande si tous les mots pourraient jamais être identifiés à l'aide d'un palatomètre. Les méthodes d'analyse semblent raisonnables, dit-il, mais ajoute que pour certains mots, le contact avec le palais est très limité.

L'équipe de Witwatersrand pense que sa conception est supérieure car elle ne nécessite pas d'implants chirurgicaux. Dans le cas où l'idée globale s'avérerait réalisable, nous espérons pouvoir conclure des accords avec les sociétés produisant les systèmes existants pour nous permettre d'aller de l'avant avec cette approche d'un larynx artificiel, dit Rubin.

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