Гибкая электроника нового поколения: обработка данных прямо на коже
Специалисты из Инженерной школы молекулярной инженерии имени Притцкера при Чикагском университете совместно с Аргоннской национальной лабораторией разработали уникальный гибкий пластырь. Он способен обрабатывать медицинскую информацию, не отправляя её на внешние устройства. В основе устройства лежит нейроморфная вычислительная схема, построенная на органических электрохимических транзисторах. Это позволяет анализировать сердечный ритм и другие показатели в реальном времени, исключая задержки, связанные с передачей данных на удалённые серверы.
Как это работает и что показали тесты
Устройство создано с помощью новой технологии печати органических электрохимических транзисторов на гибких поверхностях. Лаборатория под руководством Сихуна Вана занимается разработкой электроники, которая может растягиваться и изгибаться, как человеческая кожа. Ранее команда уже создала эластичные массивы транзисторов и гибкий OLED-дисплей. Новой целью стало создание нейроморфной схемы, которая функционирует благодаря электрическому току и движению ионов в специальном гелевом слое. Этот гель способен хранить информацию, что даёт каждому транзистору собственную память.
В ходе испытаний команда применила предварительно обученный алгоритм для лечения фибрилляции желудочков. При анализе данных кардиокартирования донорского человеческого сердца система определила расположение электрических волн с точностью 99,6%. Массив при этом растягивали более чем в полтора раза от исходной длины. В другом эксперименте нейронная сеть анализировала жизненные показатели и персональные медицинские данные, и точность прогноза риска сердечного приступа составила 83,5%.
Сихун Ван, один из руководителей исследования, отметил: 'Цель работы — создать более умные носимые и имплантируемые устройства'.
Ван также добавил, что 'такая технология может стать для человека персональным быстрым врачом, встроенным в носимое устройство'. Он пояснил, что 'удалённые вычисления для этого не подходят из-за задержек, а анализ непосредственно внутри устройства может сделать такой подход реальным'. Соавтор исследования Цзисюань Чжао уточнил: 'Если в программном обеспечении параметры нейронной сети — это просто числа, то в реальном устройстве они зависят от физических свойств материала, его истории и ограничений'. Фанфан Ся, ещё один соавтор, подчеркнул, что 'вместо передачи информации на удалённый сервер её можно начинать анализировать прямо там, где она возникает'.
Задержка при передаче данных может быть критичной в ситуациях, когда важна каждая миллисекунда. Например, современное лечение фибрилляции желудочков часто предполагает сильный электрический разряд на всё сердце. Учёные рассматривают возможность более точного воздействия: отслеживая патологические электрические волны и останавливая их небольшими импульсами. Анализ должен происходить за миллисекунды, так как электрические сигналы распространяются очень быстро. Данные для анализа могут включать:
- уровень холестерина
- сахар в крови
- максимальную частоту сердечных сокращений
- показатели электрокардиограммы
Создание гибкого пластыря с нейроморфной вычислительной схемой открывает новые горизонты в медицинской диагностике и лечении сердечно-сосудистых заболеваний. Снижение задержки при обработке данных непосредственно на теле пациента может значительно повысить эффективность экстренной терапии, особенно при фибрилляции желудочков. Это способно привести к существенному уменьшению риска осложнений и улучшению результатов лечения, что делает технологию важным шагом в сторону персонализированной медицины.
В то время как новый пластырь обеспечивает мгновенный анализ сердечного ритма, нейросеть демонстрирует высокую точность в диагностике заболеваний сердца по ЭКГ. Эти технологии открывают новые горизонты в кардиологии, позволяя значительно улучшить качество медицинского обслуживания и мониторинга состояния пациентов.