وسایل الکترونیکی پوست مانند می توانند سلامت شما را به طور مداوم کنترل کنند

16 نوامبر 2022 -توسط جوزف ای هارمون، آزمایشگاه ملی آرگون-چکیده گرافیکی اعتبار: Matter

لوازم الکترونیکی پوشیدنی جدید همراه با هوش مصنوعی می تواند غربالگری مشکلات سلامتی را تغییر دهد.

وسایل الکترونیکی انعطاف‌پذیر و پوشیدنی راه خود را در استفاده روزمره باز می‌کنند و پتانسیل کامل آنها هنوز قابل تحقق است. به زودی، این فناوری می تواند برای سنسورهای پزشکی دقیق متصل به پوست که برای نظارت و تشخیص سلامت طراحی شده اند، استفاده شود. این مانند داشتن یک مرکز پزشکی با فناوری پیشرفته در تماس فوری است.

چنین دستگاه پوست مانندی در پروژه ای بین آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکر (PME) دانشگاه شیکاگو در حال توسعه است. سیهونگ وانگ، استادیار در UChicago PME با انتصاب مشترک در بخش علوم و فناوری نانو Argonne، رهبر این پروژه است.

وسایل الکترونیکی پوشیدنی آینده که به طور معمول استفاده می‌شوند، می‌توانند به طور بالقوه مشکلات سلامتی احتمالی مانند بیماری قلبی، سرطان یا مولتیپل اسکلروزیس را حتی قبل از ظاهر شدن علائم آشکار شناسایی کنند. این دستگاه همچنین می تواند تجزیه و تحلیل شخصی داده های سلامت ردیابی شده را انجام دهد و در عین حال نیاز به انتقال بی سیم خود را به حداقل برساند. وانگ می‌گوید: «تشخیص برای اندازه‌گیری‌های یکسان سلامت بسته به سن، سابقه پزشکی و سایر عوامل ممکن است متفاوت باشد. “چنین تشخیصی، با اطلاعات بهداشتی که به طور مداوم در یک دوره طولانی جمع آوری می شود، بسیار داده فشرده است.”

چنین دستگاهی باید حجم وسیعی از داده ها را جمع آوری و پردازش کند، بسیار بالاتر از آنچه که حتی بهترین ساعت های هوشمند امروزی می توانند انجام دهند، و باید این داده ها را با مصرف انرژی بسیار کم در فضای بسیار کوچک انجام دهد.

برای رفع این نیاز، تیم از محاسبات نورومورفیک استفاده کرد. این فناوری هوش مصنوعی با آموزش مجموعه داده‌های گذشته و یادگیری از تجربه، عملکرد مغز را تقلید می‌کند. از مزایای آن می توان به سازگاری با مواد قابل کشش، مصرف انرژی کمتر و سرعت بیشتر نسبت به سایر انواع هوش مصنوعی اشاره کرد.

چالش عمده دیگری که تیم با آن مواجه شد، ادغام وسایل الکترونیکی در یک ماده قابل کشش پوست مانند بود. ماده کلیدی در هر وسیله الکترونیکی یک نیمه هادی است. در الکترونیک سفت و سخت فعلی که در تلفن‌های همراه و رایانه‌ها استفاده می‌شود، این معمولاً یک تراشه سیلیکونی جامد است. الکترونیک قابل کشش مستلزم آن است که نیمه هادی یک ماده بسیار انعطاف پذیر باشد که همچنان قادر به هدایت الکتریسیته باشد.

“تراشه” نورومورفیک پوست مانند این تیم از یک لایه نازک از یک نیمه هادی پلاستیکی ترکیب شده با الکترودهای نانوسیم طلای قابل کشش تشکیل شده است. حتی زمانی که تا دو برابر اندازه معمولی آن کشیده می شد، دستگاه آنها بدون ایجاد هیچ شکافی طبق برنامه عمل می کرد.

به عنوان یک آزمایش، تیم یک دستگاه هوش مصنوعی ساخت و آن را آموزش داد تا سیگنال های الکتروکاردیوگرام سالم (ECG) را از چهار سیگنال مختلف که نشان دهنده مشکلات سلامتی است، تشخیص دهد. پس از آموزش، دستگاه بیش از 95 درصد در شناسایی صحیح سیگنال های ECG موثر بود.

این نیمه هادی پلاستیکی همچنین بر روی خط پرتو 8-ID-E در منبع فوتون پیشرفته (APS)، یک مرکز کاربری دفتر علوم DOE در Argonne، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. قرار گرفتن در معرض پرتوهای شدید اشعه ایکس نشان داد که چگونه مولکول‌هایی که مواد دستگاه پوست‌مانند را تشکیل می‌دهند پس از دو برابر شدن طول، دوباره سازمان‌دهی می‌شوند. این نتایج اطلاعات مربوط به سطح مولکولی را برای درک بهتر خواص مواد ارائه کرد.

Joe Strzalka، فیزیکدان Argonne، می گوید: «ارتقای برنامه ریزی شده APS، روشنایی پرتوهای اشعه ایکس آن را تا 500 برابر افزایش می دهد. ما مشتاقانه منتظر مطالعه مواد دستگاه تحت شرایط عملکرد منظم، تعامل با ذرات باردار و تغییر پتانسیل الکتریکی در محیط آن هستیم. به جای یک عکس فوری، بیشتر فیلمی از واکنش ساختاری مواد در مولکولی خواهیم داشت. روشنایی بیشتر خط پرتو و آشکارسازهای بهتر، اندازه گیری نرمی یا سختی مواد در پاسخ به تأثیرات محیطی را ممکن می سازد.

وانگ افزود: «در حالی که هنوز نیاز به توسعه بیشتر در چندین زمینه دارد، دستگاه ما می تواند روزی یک تغییر دهنده بازی باشد که در آن همه می توانند وضعیت سلامتی خود را به روشی بسیار مؤثرتر و مکرر بدست آورند.»

این تحقیق در مقاله ای با عنوان «دستگاه های نورومورفیک قابل کشش ذاتی برای پردازش داده های سلامتی با هوش مصنوعی در بدن» در Matter منتشر شد.