Niemowlę z wadą słuchu będzie mogło słyszeć głos swoich rodziców i opiekunów. Pomoże mu w tym specjalna aparatura elektroniczna, zainstalowana w łóżeczku albo w wózku spacerowym. Tę niezwykle precyzyjną, unikatową aparaturę zaprojektował mgr inż. Maciej Kulesza, doktorant z Katedry Systemów Multimedialnych Politechniki Gdańskiej. Otrzymał za nią w październiku 2006 I nagrodę w międzynarodowym konkursie Students Design Competition, zorganizowanym w San Francisco, w ramach 121. Kongresu Stowarzyszenia Inżynierów Dźwięku (Audio Engineering Society). Konkurs dotyczył cyfrowego przetwarzania sygnału.

Do rywalizacji na międzynarodowym forum zachęcili go szefowie katedry: prof. Andrzej Czyżewski i prof. Bożena Kostek. Przedstawiciele tej katedry często biorą udział w konkursach kongresów AES i odnoszą sukcesy. Projekt nagrodzonego urządzenia powstał we współpracy z warszawskim Instytutem Fizjologii i Patologii Słuchu.

Bardzo istotne znaczenie ma korekcja wady słuchu u dzieci najmłodszych. Zaniedbanie tej dysfunkcji może prowadzić bowiem do zaburzeń ośrodka mowy, a w konsekwencji przyczynić się do poważnych problemów z nauką w wieku szkolnym. Aparatura opracowana przez doktoranta z PG pozwoli korygować wadę słuchu już od pierwszych miesięcy życia dziecka.

Laureat konkursu jest bardzo uzdolnionym, a jednocześnie niezwykle skromnym absolwentem Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG. Owocem jego pracy magisterskiej, dotyczącej komputerowych interfejsów dźwiękowych, było skonstruowanie zintegrowanego urządzenia pomiarowo−diagnostycznego USB. Ma on szerokie zainteresowania związane z przetwarzaniem dźwięku, konstrukcją systemów mikroprocesorowych oraz realizacją nagrań studyjnych.

Za opracowanie unikatowej aparatury, umożliwiającej korekcję wady słuchu u niemowląt, otrzymał jednorazowe stypendium ufundowane przez amerykańską firmę Lavry Engineering, producenta studyjnych przetworników analogowo−cyfrowych. Kupił za nie m.in. świetny laptop.

W Katedrze Systemów Multimedialnych PG nikt nikomu nagród nie zazdrości. Rywalizacja jest tam zdrowa. – Cieszymy się, kiedy któryś z nas otrzyma nagrodę – powiada laureat. – Wszyscy mamy satysfakcję, że nasze projekty nie są odkładane na półkę. A nagrody otrzymujemy naprawdę nierzadko.

nagrodzony prototyp

Niemałe emocje towarzyszyły wyjazdowi do Stanów, gdzie wraz z czterema innymi, wyselekcjonowanymi przez jury finalistami konkursu, trzeba było wziąć udział w prezentacji urządzenia. Przyszłemu doktorowi było raźniej, ponieważ w gronie finalistów znalazł się również kolega z tej samej katedry, mgr inż. Paweł Żwan (zajął II miejsce w konkursie; wysoko oceniono jego projekt, który prezentował system do nauki emisji głosu w śpiewie).

Konkurenci też mieli niezwykle ciekawe projekty. Niemałe wrażenie na laureacie I nagrody wywarł projekt kobzy elektronicznej, sprzężonej z nadajnikiem radiowym i maleńkim samochodzikiem. Pomysłodawca tego osobliwego instrumentu dostarczył członkom jury i obserwatorom niemało rozrywki, ponieważ kobza sterowała samochodzikiem, zależnie od emitowanych dźwięków. Jednak projekt elektronicznego sprzętu, mającego stanowić pomoc dla niemowląt z upośledzeniem słuchu, zyskał największe uznanie jury.

– Opracowany przeze mnie projekt ściśle związany jest z grantem realizowanym przez prof. Kostek – wyjaśnia mgr inż. Kulesza. – Cały aparat opracowany został na bazie procesora sygnałowego. Składa się on z dwóch części. Jedną stanowią procesor pamięci, przetworniki analogowe, cyfrowe, układy scalone itd., natomiast drugą część stanowią oprogramowanie i algorytmy, które przetwarzają sygnał i przekazują go do mikrofonów.

Nagrodzona aparatura to dopiero prototyp, który posłuży do dalszych badań. Kiedy badania i doskonalenie prototypu zostaną ukończone, opracowana zostanie nieco mniejsza wersja aparatury, którą będzie można zastosować w praktyce. Aparatura projektowana jest dla niemowlęcia, które ma bardzo poważną wadę słuchu, czyli praktycznie nie ma kontaktu z mową. A wiadomo, że u dziecka, które nie słyszy, nie rozwija się ośrodek mowy. W przypadku niemowląt, które szybko rosną, stosowanie standardowych aparatów słuchowych jest niemożliwe. Ucho niemowlęcia jest bardzo małe. U tak małej istoty, rozwijającej się szybko, niezwykle ruchliwej w wieku kilkunastu miesięcy, utrzymanie aparatu słuchowego w kanale usznym, sukcesywnie się rozwijającym, byłoby po prostu niemożliwe. Dlatego trzeba było opracować taką aparaturę, która funkcjonowałaby poza organizmem niemowlęcia. Trwają zatem przygotowania do skonstruowania aparatu bezkontaktowego, który nie będzie dotykał ciała dziecka. Internauci, którzy podziwiali projekt na stronach internetowych, twierdzili nawet, że będzie to osobliwa aparatura stereo dla niemowlęcia.

moduł filtracji

Rozwiązanie jest stosunkowo proste. Po obu stronach ram łóżeczka rozmieszczone będą dwa głośniki. Zainstalowane też zostaną mikrofony, by filtrować dźwięk. System będzie tak funkcjonował, że wzmocni głos matki dziecka, a stłumi wszelkie inne dźwięki (np. telewizora lub radia). – Bardzo istotne jest zjawisko filtracji przestrzennej – tłumaczy Maciej Kulesza. Mikrofony zostaną zainstalowane w pewnej odległości. Fala dźwiękowa będzie do nich dochodzić. Przetwornik wybierze najpotrzebniejsze źródła dźwięku z przestrzeni, a pozostałe stłumi. Kwestią następną jest algorytm, który będzie przetwarzał tylko mowę, a eliminował inne dźwięki, np. trzaskanie drzwiami. Taka funkcja jest istotna także w przypadku, kiedy matka zechce pojechać z dzieckiem na spacer i zainstaluje aparaturę słuchową w wózku. Wtedy wyeliminowane zostałyby dźwięki, wydawane np. przez samochody.

– Niebagatelne znaczenie, zwłaszcza dla dzieci z bardzo poważną wadą słuchu, mają tak zwane sprzężenia zwrotne, czyli trzaski lub piski – podkreśla konstruktor. – Zredukuje to moduł filtracji przestrzennej w ciągu ułamków sekundy, co jest rozwiązaniem innowacyjnym. Istnieć też będzie odpowiednia korekcja dźwięku, zależnie od wady słuchu niemowlęcia. Taką korekcję posiadają również tradycyjne aparaty słuchowe dostępne na rynku. Zainstalowane też będą odpowiednie wzmacniacze.

Prototyp aparatury składa się z dwóch części. Dolna płytka, procesor sygnałowy, została kupiona od producenta. Zasadniczą część aparatury, innowacyjną, będącą dziełem wielomiesięcznej pracy twórczej, tworzy część górna.

Mgr inż. Kulesza nie kryje, że ma smykałkę do konstruowania urządzeń cyfrowych. Zapowiada, że gotowy wyrób będzie nieco mniejszy i poręczniejszy. Trzeba jeszcze popracować nad nim rok. „Serce elektroniczne” całego urządzenia będzie można zainstalować pod łóżeczkiem.

Wdrożenie będzie nagrodą

Nie uwierzyłby, gdyby w szkole średniej powiedziano mu, że zostanie pracownikiem naukowym politechniki. Jego pasją była bowiem muzyka. Grywał na gitarze. Będąc w szkole średniej i na studiach, uczęszczał na warsztaty muzyki rockowej i jazzowej, ponieważ zamierzał zostać muzykiem. Kiedy jednak podjął starania o indeks w uczelni technicznej, wybrał Katedrę Inżynierii Dźwięku i Obrazu (obecnie nosi ona nazwę Katedry Systemów Multimedialnych). Zainteresował się techniką lampową i sam w trakcie studiów skonstruował wzmacniacz lampowy do gitary elektrycznej. Pracę dyplomową – interfejs dźwiękowy do USB – opracował razem z kolegą.

Niewątpliwie wielką nagrodą będzie wdrożenie projektu aparatury słuchowej dla niemowlęcia. – Jest jeszcze stanowczo za wcześnie, aby myśleć o tym, kto będzie produkował tę aparaturę – zaznacza autor projektu. – Upłynie jeszcze około dwóch lat nim aparatura słuchowa posłuży małym inwalidom słuchu. Niezbędne będą przecież badania kliniczne. Nasza katedra współpracuje, jak wiadomo, z Instytutem Fizjologii i Patologii Słuchu w Warszawie i tam na pewno będą prowadzone badania kliniczne.

Sam projektant uważa, że należałoby jeszcze włożyć dużo pracy w jej doskonalenie. Mówi, że na razie wszystko znakomicie wygląda na rysunku. Sporo czasu trzeba poświęcić cyzelowaniu poszczególnych elementów składowych, przeanalizować poszczególne wątki badawcze. Oznacza to konieczność zapoznania się z obszerną literaturą. Niezbędne będzie dokonanie wyboru najodpowiedniejszych koncepcji i przebadanie ich. Przed upływem 2006 r. zakończone zostaną prace badawcze nad optymalnym uruchomieniem wszystkich elementów aparatury. Prace związane z opracowaniem odpowiedniego algorytmu będą prowadzone wspólnie z mgr. inż. Piotrem Dalką z tej samej katedry.

doktorat w toku

Równolegle toczy się praca nad doktoratem, który polega na przygotowaniu algorytmu rejestrowania mowy wysokiej jakości do sieci internetowych. – Temat kodowania mowy jest tak stary, jak telekomunikacja. Jest więc dobrze rozpoznany – wyjaśnia przyszły doktor. – Niemniej do tej pory zwracano uwagę na to, by algorytmy odpowiednio kompresowały mowę, a jakość traktowano w sposób drugorzędny. Tymczasem rozwój sieci internetowych pozwala na to, by jakość głosu była dużo lepsza. Tego domagają się użytkownicy.

Pracuje na tym tematem od roku. Nie musi się stresować, ponieważ mieści się w czasie. – Prace, które wykonujemy, są ambitne i absorbujące – powiada. – Dlatego praca nad samą koncepcją realizowana bywa także poza ramami konwencjonalnego czasu. Profesor Czyżewski niejednokrotnie powtarzał nam, że swoje najlepsze koncepcje wypracował w trakcie relaksu na Mazurach – śmieje się. – Nie ma barier dla działalności twórczej...

Nie żałuje, że nie został muzykiem. Muzycy zmuszeni są do prowadzenia specyficznego trybu życia, mają do czynienia z niemałą konkurencją, a on lubi spokój i stabilizację. Nie nęci go zagranica, mimo że ofert pracy dla specjalistów, takich jak on i jego koledzy, jest niemało. Chce mieszkać w Polsce, gdzie ma rodzinę. Na finanse nie narzeka. Prócz stypendium doktoranckiego ma dochody z udziału w pracach pod kierunkiem profesora, związanych z realizacją grantów.

Ceni spokój. Jego marzenia związane są zresztą nie tylko ze zrobieniem doktoratu. Niemało czasu poświęca własnemu rozwojowi duchowemu. Jego pasją jest studiowanie Biblii i dzielenie się wiedzą na ten temat. – Bardzo istotne jest dla mnie zaspokajanie potrzeb duchowych – podkreśla.