‘Hình xăm’ điện tử đọc sóng não: Bước tiến mới trong giám sát sức khỏe tinh thần

Theo Live Science, thiết bị này được kỳ vọng sẽ mang lại giải pháp hiệu quả để nâng cao độ an toàn trong các lĩnh vực yêu cầu sự tập trung cao độ như hàng không, điều khiển robot, vận hành hệ thống giao thông, và nhiều ngành công nghiệp khác.

Sự cần thiết của công nghệ này được thúc đẩy bởi một loạt sự cố nghiêm trọng liên quan đến sự kiệt sức trong môi trường làm việc áp lực cao. Một ví dụ đáng chú ý là vụ va chạm giữa máy bay trực thăng và máy bay chở khách tại Mỹ vào tháng 1, khiến 55 người thiệt mạng. Cuộc điều tra sau đó cho thấy sự cố xảy ra trong bối cảnh nhân sự tại tháp điều khiển không lưu thiếu hụt, và một nhân viên kiểm soát không lưu đang đảm nhận khối lượng công việc, vốn cần nhiều người xử lý.

Từ thực tế này, giới khoa học đặt ra vấn đề như cần có một công cụ khách quan, chính xác và tiện dụng để đo lường mức độ quá tải tinh thần trong thời gian thực, điều mà các phương pháp hiện tại vẫn chưa đáp ứng hiệu quả.

Phương pháp đánh giá chuẩn hiện nay chủ yếu dựa vào báo cáo, người lao động sẽ tự nhận định mức độ mệt mỏi của bản thân. Tuy nhiên, theo giáo sư Nanshu Lu, đồng tác giả nghiên cứu, con người không thực sự giỏi trong việc tự đánh giá hiệu suất tinh thần của mình.

Một hướng đi tiềm năng là sử dụng điện não đồ (EEG), kỹ thuật ghi lại tín hiệu điện từ hoạt động não thông qua các điện cực đặt trên da đầu. Tuy nhiên, hệ thống EEG truyền thống có hình dạng giống như một chiếc mũ bơi, cần dùng gel dẫn điện để đảm bảo tiếp xúc tốt với da đầu và phải kết nối với một loạt dây cáp. Hình thức cồng kềnh này làm giảm tính thực tiễn trong môi trường làm việc thực tế.

Thiết bị mới do nhóm nghiên cứu của Lu và giáo sư kỹ thuật Luis Sentis phát triển là một miếng dán nhẹ, dùng một lần, có nền polyme mềm dẻo và được thiết kế để phù hợp với hình dạng khuôn mặt người dùng. Nó được dán lên vùng trán, nơi không có tóc và có thể ghi lại sóng não thông qua một hệ thống điện cực và pin gắn liền.

Sóng não người thường được chia thành các loại theo tần số: Delta, Theta (chậm), Alpha, Beta và Gamma (nhanh). Nhiều nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng khi mức độ tập trung tinh thần tăng lên, các sóng chậm có xu hướng tăng cường độ, còn sóng nhanh giảm xuống.

Thiết bị của nhóm nghiên cứu có thể ghi nhận chính xác sự thay đổi này, giúp phân tích trạng thái tinh thần của người đeo theo thời gian thực, một cải tiến lớn so với phương pháp tự báo cáo hoặc các hệ thống EEG truyền thống.

Trong nghiên cứu thí điểm, 6 người tham gia được yêu cầu đeo thiết bị khi thực hiện một bài kiểm tra trí nhớ có độ khó tăng dần qua từng vòng. Kết quả ghi nhận rõ ràng sự thay đổi của các loại sóng não theo mức độ thử thách.

Dữ liệu thu được được đưa vào một mô hình máy học để ước tính mức độ tải trọng tinh thần theo từng cấp độ nhiệm vụ. Kết quả mô hình cho thấy độ tương quan cao với công cụ đánh giá tinh thần phổ biến là chỉ số NASA Task Load Index, vốn dựa trên bảng câu hỏi tự đánh giá.

Sentis cho biết hiệu quả của hình xăm điện tử trong việc dự đoán khối lượng công việc tinh thần tương đương với các hệ thống EEG toàn đầu. Điểm thú vị là mồ hôi của người dùng thực tế lại giúp cải thiện độ chính xác do làm giảm trở kháng điện, tức là càng sử dụng lâu, thiết bị càng hoạt động hiệu quả.

Dù được đánh giá cao, thiết bị hiện tại vẫn có giới hạn nhất định. Nó chỉ có thể ghi sóng não tại những vùng da không có lông, chủ yếu là vùng trán, trong khi các thiết bị EEG truyền thống có thể đo sóng từ toàn bộ vùng đầu. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cho biết họ đang hướng tới việc tích hợp công nghệ in mạch trực tiếp bằng mực dẫn điện để mở rộng vùng ghi nhận trên đầu.

Một nhược điểm khác là hiện nay quá trình xử lý dữ liệu vẫn phải thực hiện thông qua máy tính bên ngoài. Mục tiêu tiếp theo của nhóm là tích hợp toàn bộ hệ thống xử lý dữ liệu vào bên trong hình xăm – thông qua một con chip Bluetooth được tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI). Khi hoàn thành, hình xăm điện tử sẽ có thể vừa thu thập vừa xử lý dữ liệu sóng não hoàn toàn tự động và độc lập.

Theo Sentis, công nghệ này có thể tạo ra bước ngoặt lớn trong các lĩnh vực như hàng không, vận hành robot, điều khiển phương tiện tự hành và những ngành nghề yêu cầu sự tỉnh táo tuyệt đối.

"Cho dù đó là phi công, tài xế hay người giám sát hệ thống robot, tất cả đều có thể gặp phải tình trạng quá tải tinh thần mà không nhận ra. Chúng tôi tin rằng cảm biến này sẽ sớm được ứng dụng trong môi trường làm việc thực tế”, Sentis cho hay.

Tuy nhiên, không phải ai cũng sẵn sàng với công nghệ như vậy. Giáo sư Gert Cauwenberghs, chuyên gia kỹ thuật sinh học tại Đại học California (Mỹ), người không tham gia nghiên cứu, cho rằng, dù công nghệ có tiềm năng thương mại, vẫn cần xem xét liệu người lao động và người sử dụng lao động có sẵn sàng áp dụng thiết bị gắn trên mặt, dù vì lý do an toàn hay không.

Với thiết kế nhẹ, dễ sử dụng và tiềm năng tích hợp trí tuệ nhân tạo, hình xăm điện tử có thể trở thành một công cụ đáng tin cậy trong đánh giá sức khỏe tinh thần thời gian thực. Nếu tiếp tục phát triển đúng hướng, công nghệ này không chỉ giúp cảnh báo tình trạng quá tải trước khi xảy ra sai sót nghiêm trọng, mà còn góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn trong các môi trường làm việc đòi hỏi sự tập trung cao độ.