Consumer-grade biosensors offer a cost-effective alternative to medical-grade electromyography (EMG) systems, reducing hardware costs from thousands of dollars to approximately $13. However, these low-cost sensors introduce significant signal instability and motion artifacts. Deploying machine learning models on resource-constrained edge devices like the ESP32 presents a challenge: balancing classification accuracy with strict latency (<100ms) and memory (<320KB) constraints. Using a single-subject dataset comprising 1,540 seconds of raw data (1.54M data points, segmented into ~1,300 one-second windows), I evaluate 18 model architectures, ranging from statistical heuristics to deep transfer learning (ResNet50) and custom hybrid networks (MaxCRNN). While my custom "MaxCRNN" (Inception + Bi-LSTM + Attention) achieved the highest safety (99% Precision) and robustness, I identify Random Forest (74% accuracy) as the Pareto-optimal solution for embedded control on legacy microcontrollers. I demonstrate that reliable, low-latency EMG control is feasible on commodity hardware, with Deep Learning offering a path to near-perfect reliability on modern Edge AI accelerators.


翻译:消费级生物传感器为医疗级肌电图(EMG)系统提供了一种经济高效的替代方案,将硬件成本从数千美元降低至约13美元。然而,这些低成本传感器引入了显著的信号不稳定性和运动伪影。在ESP32等资源受限的边缘设备上部署机器学习模型面临一个挑战:在严格的延迟(<100ms)和内存(<320KB)约束下平衡分类准确性。使用包含1,540秒原始数据(154万个数据点,分割为约1,300个一秒窗口)的单被试数据集,我评估了18种模型架构,范围从统计启发式方法到深度迁移学习(ResNet50)以及自定义混合网络(MaxCRNN)。尽管我自定义的“MaxCRNN”(Inception + Bi-LSTM + Attention)实现了最高的安全性(99%精确率)和鲁棒性,但我确定随机森林(74%准确率)是传统微控制器上嵌入式控制的帕累托最优解。我证明了在商用硬件上实现可靠、低延迟的肌电控制是可行的,而深度学习为在现代边缘AI加速器上实现近乎完美的可靠性提供了一条路径。

0
下载
关闭预览

相关内容

仿生感存算一体视觉系统:仿生机制、设计原理及其应用
专知会员服务
30+阅读 · 2023年11月30日
能耗优化的神经网络轻量化方法研究进展
专知会员服务
27+阅读 · 2023年1月29日
轻量化神经网络卷积设计研究进展
专知会员服务
58+阅读 · 2021年10月24日
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
谷歌EfficientNet缩放模型,PyTorch实现登热榜
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2019年6月4日
ICLR 2019论文解读:深度学习应用于复杂系统控制
机器之心
11+阅读 · 2019年1月10日
深度学习时代的图模型,清华发文综述图网络
GAN生成式对抗网络
13+阅读 · 2018年12月23日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
仿生感存算一体视觉系统:仿生机制、设计原理及其应用
专知会员服务
30+阅读 · 2023年11月30日
能耗优化的神经网络轻量化方法研究进展
专知会员服务
27+阅读 · 2023年1月29日
轻量化神经网络卷积设计研究进展
专知会员服务
58+阅读 · 2021年10月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员