پژوهشگران دانشگاه شیکاگو یک پچ هوشمند پوستی کشسان شبیه پوست انسان توسعه دادهاند که توانسته است ریتم مرگبار قلب را با دقت 99.6 درصد شناسایی کند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، این فناوری جدید میتواند دادههای سلامت را ظرف چند میلیثانیه مستقیما روی بدن پردازش کند، که نیاز به ارسال اطلاعات به سرورهای خارجی را برای تحلیل از بین میبرد و میتواند نسل تازهای از دستگاههای پوشیدنی پزشکی هوشمند را شکل دهد.
این پچ هوشمند پوستی انعطافپذیر از آرایهای از ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی استفاده میکند و در عین حال میتواند مانند پوست انسان خم و کشیده شود. پژوهشگران بیان کردند که این فناوری در آینده امکان ساخت دستگاههای پوشیدنی و ایمپلنتهای پزشکی را فراهم میکند که قادر هستند تصمیمهای حیاتی را تقریبا به صورت لحظهای بگیرند.
برخلاف بسیاری از ابزارهای پوشیدنی رایج که دادهها را برای پردازش به مراکز خارجی ارسال میکنند، این سامانه، اطلاعات را به صورت محلی روی بدن تحلیل میکند. پژوهشگران باور دارند که این موضوع در شرایط اورژانسی پزشکی اهمیت زیادی دارد، چرا که حتی چند ثانیه تاخیر میتواند سرنوشت بیمار را تغییر دهد.
تیم تحقیقاتی برای نمایش تواناییهای این فناوری، پچ جدید را با استفاده از دادههای نقشهبرداری قلب مرتبط با فیبریلاسیون بطنی آزمایش کرد. فیبریلاسیون بطنی یکی از خطرناکترین اختلالهای ریتم قلب به حساب میآید و در صورت درمان نشدن میتواند مرگبار باشد.
مرتبط: مصرف مواد مخدر خطر آریتمی قلبی را به شدت افزایش میدهد
نتایج آزمایش نشان داد که آرایه کشسان توانسته است جبهههای موج الکتریکی غیرطبیعی قلب را با دقت 99.6 درصد شناسایی کند. این عملکرد حتی زمانی حفظ شد که دستگاه بیش از یک و نیم برابر اندازه اولیه خود کشیده شده بود.
این پروژه یکی از چالشهای اصلی حوزه الکترونیک پوشیدنی را هدف قرار داده است. ساخت سختافزار محاسباتی که هنگام خم شدن و کشیده شدن مانند پوست انسان همچنان پایدار باقی بماند، یکی از دشوارترین موانع این صنعت محسوب میشود.
پژوهشگران این پچ هوشمند پوستی را با استفاده از ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی ساختهاند. این ترانزیستورها سیگنالها را از طریق جریان الکتریکی و حرکت یونها در یک لایه الکترولیتی ژلمانند پردازش میکنند. همین لایه الکترولیتی به ترانزیستورها ویژگی مشابه حافظه میدهد تا بتوانند اطلاعات را برای مدتی نگه دارند.
با وجود این، تولید چنین سامانههایی با تراکم بالا دشوار بود، چرا که ماده نرم الکترولیت میتواند مانند مایع پخش شود و اتصال کوتاه ایجاد کند. روشهای سنتی ساخت تراشه نیز خطر آسیب رساندن به سطح انعطافپذیر را افزایش میداد.
تیم تحقیقاتی برای حل این مشکل یک ژل پلیمری مهندسی کرد که هنگام قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش به الگوهای دقیق سخت تبدیل میشود. این فرایند امکان ساخت حدود 10 هزار ترانزیستور در هر سانتیمتر مربع روی سطوح کشسان را فراهم کرد.
مرتبط: نقشه قلب چه چیزی را نشان می دهد؟
سیهونگ وانگ، استاد مهندسی مولکولی دانشگاه شیکاگو و یکی از نویسندگان ارشد پژوهش بیان کرد که پژوهشگران بررسی کردند که آیا میتوان ویژگیهای این پلیمرها را برای سازگاری با فوتولیتوگرافی تغییر داد یا خیر. فوتولیتوگرافی مهمترین روش الگوسازی در صنعت میکروالکترونیک محسوب میشود.
پژوهشگران اعلام کردند که سختافزار جدید برای پشتیبانی از محاسبات نورومورفیک طراحی شده است. در این نوع محاسبات، سامانههای الکترونیکی برخی عملکردهای مغز انسان را شبیهسازی میکنند.
همچنین تیم تحقیقاتی یک شبکه عصبی تعبیهشده در این پچ هوشمند پوستی را برای ارزیابی خطر حمله قلبی آزمایش کرد. این سامانه با استفاده از اطلاعاتی مانند سطح کلسترول، قند خون، دادههای نوار قلب و حداکثر ضربان قلب، توانست به دقت 83.5 درصد دست پیدا کند.
پژوهشگران عنوان کردند که این فناوری در آینده میتواند زمینه ساخت سامانههای پوشیدنی را فراهم نماید که نهتنها وضعیت سلامت را پایش میکنند، بلکه مستقیما روی بدن دادهها را تحلیل میکنند و به آن واکنش نشان میدهند.
وانگ گفت که در چنین شرایطی استفاده از محاسبات از راه دور عملی نیست، چرا که زمان زیادی نیاز دارد. او توضیح داد که اگر دستگاه محاسباتی بتواند تحلیل را به صورت مستقیم در داخل بدن انجام دهد، استفاده از این فناوری امکانپذیر خواهد شد.
مرتبط: ساخت پچ قلبی تجزیهپذیر با چاپ سهبعدی برای ترمیم بافت
تیم وانگ اکنون روی ترکیب این آرایههای محاسباتی با سامانههای ارتباط بیسیم کشسان و حسگرهای پیشرفتهتر کار میکند تا پلتفرمهای سلامت کاملا متصل و سازگار با بدن انسان ایجاد شود.
فانگفانگ شیا، دانشمند علوم رایانه در آزمایشگاه ملی آرگون و یکی دیگر از نویسندگان ارشد پژوهش عنوان کرد که بهجای ارسال دادهها به سرورهای دوردست، اکنون میتوان تحلیل اطلاعات را دقیقا در همان جایی انجام داد که زندگی جریان دارد.
