Sinyal WiFi Bisa Digunakan untuk Mengukur Detak Jantung

• Hanya dengan sinyal WiFi, pengukuran detak jantung tingkat klinis dapat dilakukan
• Dengan menggabungkan perangkat WiFi berbiaya sangat rendah dan algoritme, kondisi kesehatan dapat dipantau tanpa wearable
• Terlepas dari posisi atau gerakan seseorang, pengukuran akurat tetap dimungkinkan bahkan dari jarak 3 meter
• Tim peneliti melatih algoritme menggunakan data dari perangkat murah seperti ESP32 dan Raspberry Pi
• Ke depannya, teknologi ini juga sangat berpotensi digunakan untuk mengukur laju pernapasan dan mendeteksi sleep apnea

---

Ikhtisar

• Tim peneliti UC Santa Cruz mengembangkan sistem Pulse-Fi yang dapat mengukur detak jantung secara akurat hanya dengan sinyal WiFi rumahan biasa
• Sistem ini menggabungkan perangkat WiFi berbiaya sangat rendah dan algoritme machine learning, serta menunjukkan kemungkinan pemantauan kesehatan real-time tanpa wearable konvensional

Pulse-Fi: Mengukur Detak Jantung dengan WiFi dan Machine Learning

• Perangkat WiFi memancarkan gelombang frekuensi ke sekelilingnya, dan ketika mengenai objek seperti manusia, gelombang tersebut menghasilkan perubahan yang dapat dideteksi secara matematis
• Pulse-Fi menganalisis sinyal yang dikumpulkan dari pemancar-penerima WiFi menggunakan pemrosesan sinyal dan machine learning
  • Sistem ini menyaring noise untuk mengekstrak hanya perubahan sinyal halus yang disebabkan oleh detak jantung
• Profesor dari Baskin School of Engineering, mahasiswa pascasarjana, dan peneliti tamu siswa SMA memimpin proyek ini

Hasil Eksperimen dan Akurasi

• Pada 118 peserta, sistem ini mencapai akurasi tingkat klinis hanya dengan pengukuran selama 5 detik
  • Rata-rata kesalahannya hanya 0,5 denyut per menit, dan akurasi meningkat jika waktu pengukuran diperpanjang
• Sistem bekerja dengan baik tidak hanya di lingkungan laboratorium, tetapi juga pada berbagai postur (duduk, berdiri, berbaring, berjalan, dan sebagainya) serta tanpa bergantung pada posisi perangkat
• Akurasi tinggi juga diperoleh pada jarak 3 meter (sekitar 10 kaki), dan performa yang lebih baik diharapkan bila menggunakan perangkat WiFi kelas lebih tinggi seperti router komersial

Pembangunan Dataset

• Untuk melatih algoritme, tim secara langsung mengumpulkan data dengan menggunakan ESP32 dan oksimeter standar secara bersamaan
  • Data Pulse-Fi dan data "ground truth" dari oksimeter digabungkan untuk melatih jaringan saraf
• Pulse-Fi juga diterapkan pada dataset skala besar lain yang dibangun oleh tim peneliti berbeda menggunakan Raspberry Pi

Aplikasi dan Arah Masa Depan

• Penelitian selanjutnya akan memperluas penggunaan ke pengukuran laju pernapasan dan deteksi sleep apnea
• Dalam eksperimen tahap nonpublik, kemungkinan akurasi tinggi untuk deteksi pernapasan dan apnea juga telah dikonfirmasi

Pemanfaatan Industri

• Perusahaan yang tertarik pada penerapan komersial dapat menghubungi penanggung jawab alih teknologi di UC Santa Cruz

Kesimpulan

• Kombinasi hardware berbiaya sangat rendah dan machine learning memungkinkan pemantauan detak jantung dan kesehatan tanpa kontak
• Inovasi ini diharapkan memungkinkan pemeriksaan kondisi kesehatan di rumah dengan mudah dan non-invasif tanpa wearable maupun peralatan rumah sakit

[GN⁺]

Opini Hacker News

• Beberapa orang mengusulkan penggunaan teknologi ini untuk memantau data biologis secara terus-menerus. Di sisi lain, ada yang menganggap ini menimbulkan masalah privasi. Namun, masalah yang lebih besar adalah bahwa pemantauan terus-menerus justru bisa berujung pada overdiagnosis dan menghasilkan dampak yang lebih buruk bagi pasien. Alasan pentingnya adalah kita biasanya memantau tanda-tanda vital saat sudah ada kecurigaan bahwa ada sesuatu yang tidak normal. Jika orang sehat terus diamati, variasi yang cukup besar bisa muncul dan tampak seperti masalah padahal sebenarnya tidak ada. Ini memang telah dibuktikan secara eksperimental di rumah sakit melalui pemantauan terus-menerus terhadap ibu dan bayi saat persalinan. Di beberapa klinik, pemantauan berkelanjutan dimulai segera setelah pasien datang, lalu dilakukan lebih banyak intervensi yang tidak perlu, dan hasilnya justru lebih buruk meski kondisi awalnya sehat. Tentu saja, sebagian klinik mungkin memang cenderung melakukan overtreatment, tetapi saya suka penjelasan intuitif bahwa pemantauan berlebihan dapat mengarah pada perawatan berlebihan
• Saya pernah mendengar bagaimana helikopter inspeksi tiang utilitas dapat mengetahui kondisi tiang kayu—apakah masih baik atau sudah membusuk—berdasarkan pola gema gelombang suara dari baling-balingnya. Bidang non-invasive sensing yang memanfaatkan sumber emisi yang sudah ada/berasal dari lingkungan berkembang dengan sangat mengesankan
  • Di bidang pekerjaan konstruksi telekomunikasi, kami diajari untuk selalu melakukan "hammer test" saat bekerja di sekitar tiang. Perbedaan suara antara tiang yang bagus, agak lapuk, dan benar-benar lapuk cukup besar
  • Artikel asli terkait (2001): Teknologi baru menggunakan laser udara dan AI untuk menilai keandalan struktur kayu. Saya tidak tahu apakah ini benar-benar sudah dikomersialkan, tetapi belakangan saya juga melihat contoh pemanfaatan thermal imaging dan multispectral imaging
  • Saya penasaran model helikopter apa yang bisa benar-benar mendekati tiang utilitas yang terhubung ke kabel dengan ukuran sebesar itu
  • CT scan memaparkan radiasi ke pasien, tetapi tetap merupakan perawatan standar
• Ini mengingatkan saya pada episode Star Trek TOS ketika Kapten Kirk dituduh melakukan pembunuhan, lalu korban yang masih berada di kapal ditemukan dengan memisahkan dan mendeteksi detak jantungnya. Episode itu hampir berusia 60 tahun, jadi maaf kalau ini dianggap spoiler
  • Sebagai penggemar Star Trek klasik, saya harus bilang mereka bisa memindai seluruh planet untuk menemukan kru, tetapi tidak bisa mengetahui siapa yang ada di kapal mereka sendiri. Meski ada perangkat pemantauan audio umum di pesawat, mereka tetap harus memakai interkom dinding
  • Anda merampas kesempatan saya untuk bercanda "Spoiler!". Bahkan lebih menyebalkan daripada benar-benar membocorkan episodenya lebih dulu
  • Ringkasan lucu: ringkasan episode tersebut oleh planetofhats
• Jantung setiap orang berbeda. Seperti iris atau sidik jari, sinyal jantung unik—cardio signature—dapat digunakan untuk membedakan individu. Sudah ada penelitian tentang pendeteksian ini dari jarak jauh dengan laser artikel terkait: Pentagon mengembangkan laser yang bisa mengidentifikasi orang hanya dari detak jantung mereka
  • Identifikasi biometrik berdasarkan cara tubuh manusia mengganggu propagasi sinyal WiFi | artikel HN terkait
    Para peneliti memperhatikan bagaimana CSI yang diterapkan pada WiFi (channel state information: informasi amplitudo dan fase sinyal elektromagnetik, dll.) didistorsikan secara berbeda oleh tiap individu. Ini diproses dengan deep learning untuk menghasilkan signature data unik berbasis sinyal. Pendekatan ini dapat diterapkan pada sistem Re-ID (re-identifikasi) berbasis sinyal
  • Sidik jari tidak berubah, tetapi detak jantung berubah setiap saat. Karena setiap denyut jantung berbeda, "signature jantung" individual juga akan terus berubah sehingga kemungkinan sulit digunakan untuk mengidentifikasi orang tertentu secara terus-menerus
• Tidak perlu wearable yang tidak nyaman dipakai, dan di treadmill juga tidak perlu chest strap. Bisa sekaligus memantau detak jantung dan pernapasan? Memantau semua orang di rumah 24/7 dengan Raspberry Pi murah? Semoga teknologi ini tidak butuh waktu lama untuk masuk ke pasar. Terlihat sangat berguna
  • Ada skenario pemanfaatan ala sci-fi yang positif. Tetapi itu hanya bermakna jika data dan otomatisasinya sepenuhnya berada di bawah kendali orang yang bersangkutan. Misalnya: server self-hosted, GPU lokal, LLM lokal, pengenalan suara offline, pemindaian 3D rumah dan tubuh secara pribadi, dan sebagainya
  • Ini juga tampaknya akan sangat bernilai untuk caregiving. Saya merawat nenek saya, dan bahkan menaruh AirTag di gantungan kunci saja tidak mudah. Beliau juga tidak bisa konsisten memakai wearable atau perangkat seperti Life Alert. Akan sangat bagus jika ada pemantauan kesehatan yang non-invasif dan pasif
  • Teknologi ini terasa terlalu aneh, jadi saya punya firasat industri WiFi akan sangat waspada terhadapnya. Mungkin juga akan dipagari dengan paten. Pemerintah pun sepertinya tidak akan ingin hal seperti ini diketahui publik
  • Peretasan WiFi RSSI (misalnya WiSee(2013)), Linksys Aware(-2024) pencarian Google Linksys Aware,
    thread terkait: penjelasan 802.11bf,
    pencarian 802.11bf: Google,
    "Pengenalan gestur menggunakan sinyal nirkabel seluruh rumah" (2013): makalah ACM,
    makalah yang mengutipnya Google Scholar,
    pengenalan gestur nirkabel berbasis accelerometer derajat kebebasan tinggi, Awesome-WiFi-CSI-Sensing,
    hingga teknologi pemindaian 3D dan bidang aplikasinya
• Saya adalah siswa SMA yang mengembangkan teknologi ini. Jika ada pertanyaan, saya bersedia menjawab
  • Selamat, ini benar-benar mengesankan. Artikel yang ditautkan sangat kurang detail, jadi saya penasaran apakah Anda bisa membagikan paper atau preprint-nya
• Melihat ini berjalan di chip ESP32, saya yakin ini juga akan bekerja dengan baik di chip WiFi smartphone (meski tidak disebutkan dalam artikel). Saat ini banyak orang selalu membawa smartphone mereka. Ini bisa memungkinkan pembuatan profil seseorang yang sangat mendalam. Misalnya, apa yang dia lihat di ponsel, telepon apa yang dia terima, atau di mana dia berada, bahkan siapa orang lain yang ada di sekitarnya (identitas smartphone lain) juga bisa diketahui. Jika digabung dengan informasi lain, tampaknya jauh lebih banyak hal bisa diketahui, termasuk emosi pengguna (kegembiraan, ketakutan, kemarahan, dan sebagainya)
• Teknologi seperti ini bukan hal baru. Setidaknya sejak 10 tahun lalu sinyal WiFi sudah digunakan untuk mendeteksi benda/manusia/hewan, analisis gaya berjalan[1], pengenalan penekanan tombol[2], pemantauan napas dan detak jantung[3], bahkan penyadapan percakapan[4].
  diskusi HN terkait sebelumnya,
  The Atlantic - Wi-Fi Surveillance,
  arsip
  1: makalah IEEE tentang analisis gaya berjalan
  2: makalah ACM tentang deteksi penekanan tombol
  3: arsip deteksi napas/detak jantung
  4: arsip penyadapan percakapan
  • Saya penasaran apakah ada yang pernah benar-benar berhasil menerapkan teknik-teknik ini. Saya pernah meninjau aplikasi serupa beberapa tahun lalu, dan tiap metode yang disebut dalam paper tampaknya punya cukup banyak keterbatasan atau celah metodologis
  • Sebenarnya prinsip yang sama juga pernah diterapkan pada suara (gelombang akustik). Beberapa tahun lalu saya ingat pernah melihat paper tentang penggunaan speaker dan mikrofon mobil untuk mengetahui jumlah orang di dalam kendaraan, terutama untuk mendeteksi anak atau hewan peliharaan yang tertinggal
  • [Berdasarkan pengumuman resmi] komersialisasi untuk rumah dan kantor saat ini merupakan hal yang baru
• 802.11bf berfokus pada aplikasi sensing (pengindraan)

  Kemajuan terbaru telah memungkinkan teknologi WiFi menjalankan fungsi sensing seperti deteksi, pelacakan posisi, dan pengenalan
  Namun, standar WLAN yang ada dikembangkan terutama untuk tujuan komunikasi, sehingga belum cukup memenuhi kebutuhan sensing tingkat lanjut
  Untuk itu, IEEE 802.11 Working Group membentuk 802.11bf Task Group (TG) untuk membuat amandemen standar yang menangani kebutuhan sensing canggih sambil meminimalkan dampaknya terhadap komunikasi
  makalah terkait: IEEE Xplore pengantar sensing 802.11bf,
  riset NIST tentang perluasan adopsi Wi-Fi sensing,
  Cognitive Systems - bagaimana 802.11bf meningkatkan sensing legacy
  catatan: IEEE 802.11bi (peningkatan privasi data) juga ada

  • 802.11 Blue Falcon
• Sayang sekali artikel ini (siaran pers) hanya menyoroti dampak positif yang diklaim untuk pemantauan kesehatan dan sama sekali tidak menyinggung masalah privasi. Teknologi ini berisiko besar disalahgunakan dalam berbagai cara. Misalnya, perubahan detak jantung setelah menonton iklan bisa dipantau untuk menargetkan iklan yang lebih memukul secara emosional. Hal yang sama berlaku saat memantau perubahan detak jantung ketika berbelanja. Bahkan pencuri pun bisa memakainya untuk mendeteksi apakah ada orang di rumah. Ke depan, kita bukan hanya perlu khawatir router WiFi yang tidak diperbarui dipakai untuk botnet, tetapi juga bahwa data biologis seperti lokasi dan tingkat gairah emosional akan dilacak dan dijual
  • Pasar baru yang efisien (=new and more efficient markets) akan terbuka