Словно человеческая кожа. Учёные создали ИИ-пластырь, который анализирует состояние здоровья прямо на теле

Учёные из Чикагского университета создали гибкий ИИ-пластырь, который анализирует медицинские данные непосредственно на теле, не передавая их на удалённые серверы. Это позволяет за миллисекунды выявлять опасные нарушения сердечного ритма.

Об этом пишет издание SciTechDaily.

Исследователи из Инженерной школы молекулярной инженерии Притцкера при Чикагском университете создали пластырь, способный обрабатывать данные о здоровье непосредственно на теле человека. В отличие от большинства современных смарт-часов, которые лишь собирают информацию, а анализ выполняют внешние серверы, новое устройство проводит расчеты самостоятельно.

Задержка при передаче данных может быть критической в случаях, когда важна каждая миллисекунда. Один из примеров — фибрилляция желудочков, опасное нарушение сердечного ритма, представляющее угрозу для жизни.

Устройство было создано совместно с исследователями Аргонской национальной лаборатории. Его удалось изготовить благодаря новой технологии печати органических электрохимических транзисторов на гибких поверхностях.

По словам одного из руководителей исследования Сихуна Вана, цель работы заключается в создании более умных носимых и имплантируемых устройств. Он отметил, что такая технология может стать для человека «личным врачом скорой помощи», встроенным в носимое устройство.

Лаборатория Вана уже несколько лет работает над электроникой, которая растягивается и сгибается подобно человеческой коже. Ранее команда создала эластичные массивы транзисторов и гибкий OLED-дисплей. Новой целью стало создание нейроморфной вычислительной схемы — обширной сети транзисторов, способной анализировать медицинскую информацию.

Для этого исследователи использовали органические электрохимические транзисторы. В отличие от обычных микросхем, они работают не только благодаря электрическому току, но и движению ионов в специальном гелевом слое. Этот гель может хранить информацию, поэтому каждый транзистор имеет собственную «память», что напоминает принцип работы синапсов в мозге.

Создание таких компонентов оказалось сложной задачей. Гибкая основа плохо переносит высокую температуру и растворители, а гелевый электролит может растекаться и вызывать короткие замыкания.

Команда решила проблему, разработав полимерный гель, который затвердевает под действием ультрафиолетового света. Это позволило изготавливать до 10 тысяч органических электрохимических транзисторов на квадратном сантиметре.

Реклама:

Соавтор исследования Цзисюань Чжао пояснил, что если в программном обеспечении параметры нейронной сети представляют собой просто числа, то в реальном устройстве они зависят от физических свойств материала, его истории и ограничений. Именно поэтому главной задачей стало обеспечение достаточной точности вычислений.

Для проверки технологии исследователи использовали предварительно обученный алгоритм, который помогает лечить фибрилляцию желудочков. При этом состоянии сердце работает хаотично. Современное лечение часто предполагает сильный электрический разряд для всего сердца, однако ученые рассматривают возможность более точного воздействия — отслеживать патологические электрические волны и останавливать их небольшими импульсами еще до их распространения.

Поскольку эти электрические сигналы распространяются очень быстро, анализ должен происходить за миллисекунды. По словам Вана, удаленные вычисления для этого не подходят из-за задержки, зато анализ непосредственно внутри устройства может сделать такой подход реальным.

В ходе испытаний с использованием данных картографирования сердца, полученных от донорского человеческого сердца, система определила расположение электрических волн с точностью 99,6%, даже когда массив растягивали более чем в полтора раза по сравнению с исходной длиной.

В другом эксперименте нейронная сеть анализировала жизненные показатели и личные медицинские данные, в частности уровень холестерина, сахара в крови, максимальную частоту сердечных сокращений и показатели электрокардиограммы, чтобы оценить риск сердечного приступа. Точность прогноза составила 83,5%.

Исследователи считают, что в будущем эта технология может стать частью полностью интегрированной системы мониторинга здоровья. Команда уже работает над объединением вычислительного массива с гибкими беспроводными системами связи и более современными датчиками, чтобы устройства могли собирать, анализировать и использовать медицинские данные в режиме реального времени.

Реклама:

Соавтор исследования Фанфан Ся отметил, что вместо передачи информации на удаленный сервер её можно начать анализировать непосредственно там, где она возникает.