Новая носимая электроника в сочетании с искусственным интеллектом может изменить скрининг проблем со здоровьем.
Гибкая носимая электроника становится все более доступной для повседневного использования, и ее полный потенциал еще предстоит реализовать. Вскоре эту технологию можно будет использовать для точных медицинских датчиков, прикрепленных к коже, предназначенных для мониторинга состояния здоровья и диагностики. Это было бы похоже на высокотехнологичный медицинский центр, который всегда был у вас под рукой.
Такое похожее на кожу устройство разрабатывается в рамках проекта между Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США (DOE) и Притцкеровской школой молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета. Руководит проектом Sihong Wang, доцент PME UChicago, работающий по совместительству в Аргоннском подразделении нанонауки и технологий.
При регулярном ношении носимая электроника будущего потенциально может обнаруживать возможные возникающие проблемы со здоровьем, такие как болезни сердца, рак или рассеянный склероз, еще до появления очевидных симптомов. Устройство также может выполнять персонализированный анализ отслеживаемых данных о состоянии здоровья, сводя к минимуму необходимость их беспроводной передачи. «Диагноз для одних и тех же показателей здоровья может различаться в зависимости от возраста человека, истории болезни и других факторов», — сказал Ван. «Такой диагноз, когда информация о здоровье постоянно собирается в течение длительного периода, требует очень большого объема данных».
Такое устройство должно было бы собирать и обрабатывать огромное количество данных, намного превышающее то, что сегодня могут делать даже лучшие умные часы, и оно должно было бы обрабатывать эти данные с очень низким энергопотреблением в очень маленьком пространстве.
Чтобы удовлетворить эту потребность, команда обратилась к нейроморфным вычислениям. Эта технология искусственного интеллекта имитирует работу мозга, обучаясь на прошлых наборах данных и извлекая уроки из опыта. Его преимущества включают совместимость с растяжимым материалом, более низкое энергопотребление и более высокую скорость, чем у других типов ИИ.
Другой серьезной проблемой, с которой столкнулась команда, была интеграция электроники в эластичный материал, похожий на кожу. Ключевым материалом в любом электронном устройстве является полупроводник. В современной жесткой электронике, используемой в сотовых телефонах и компьютерах, это обычно твердый кремниевый чип. Растягиваемая электроника требует, чтобы полупроводник был очень гибким материалом, способным проводить электричество.
Похожий на кожу нейроморфный «чип» команды состоит из тонкой пленки пластикового полупроводника в сочетании с растяжимыми электродами из нанопроволоки из золота. Даже когда их растянули в два раза по сравнению с нормальными размерами, их устройство функционировало, как и планировалось, без образования каких-либо трещин.
В качестве одного из тестов команда создала устройство с искусственным интеллектом и научила его отличать сигналы здоровой электрокардиограммы (ЭКГ) от четырех различных сигналов, указывающих на проблемы со здоровьем. После обучения устройство более чем на 95 % правильно распознавало сигналы ЭКГ.
Пластиковый полупроводник также подвергся анализу на линии луча 8-ID-E в Усовершенствованном источнике фотонов (APS), пользовательском центре Управления науки Министерства энергетики США в Аргонне. Воздействие интенсивного рентгеновского луча показало, как молекулы, из которых состоит материал устройства, похожего на кожу, реорганизуются при удвоении длины. Эти результаты предоставили информацию на молекулярном уровне для лучшего понимания свойств материала.
«Запланированная модернизация APS увеличит яркость его рентгеновских лучей до 500 раз», — сказал Джо Стшалка, физик из Аргонны. «Мы с нетерпением ждем изучения материала устройства в обычных условиях его работы, взаимодействия с заряженными частицами и изменения электрического потенциала в окружающей среде. Вместо моментального снимка у нас будет скорее фильм о структурной реакции материала на молекулярном уровень ». Большая яркость луча и улучшенные детекторы позволят измерить, насколько мягким или твердым становится материал в ответ на воздействие окружающей среды.
«Несмотря на то, что наше устройство по-прежнему требует дальнейшего развития по нескольким направлениям, однажды оно может изменить правила игры, благодаря которым каждый сможет получать информацию о состоянии своего здоровья гораздо более эффективным и частым способом», — добавил Ван.
Это исследование было опубликовано в журнале Matter в статье под названием «Растягиваемые нейроморфные устройства для обработки данных о здоровье на теле с помощью искусственного интеллекта».
