هوش مصنوعی روی پوست؛ پچ جدید قلب را در چند میلیثانیه تحلیل میکند
محققان University of Chicago موفق به توسعه یک پچ محاسباتی کشسان و شبیه پوست انسان شدهاند که میتواند دادههای سلامتی را تنها در چند میلیثانیه مستقیما روی بدن پردازش کند؛ فناوریای که میتواند نسل جدیدی از ابزارهای پوشیدنی و کاشتنی پزشکی هوشمند را شکل دهد.
به گزارش برنا، این سامانه جدید قادر است ریتمهای خطرناک قلب را با دقت ۹۹.۶ درصد شناسایی کند و بدون نیاز به ارسال اطلاعات به سرورهای خارجی، تحلیل دادهها را بهصورت محلی انجام دهد.
این پچ انعطافپذیر از آرایههایی از ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی ساخته شده که امکان انجام محاسبات نورومورفیک یا الهامگرفته از عملکرد مغز انسان را فراهم میکنند. ساختار این دستگاه به اندازهای نرم و کشسان است که میتواند همراه با بافت بدن خم و کشیده شود بدون آنکه عملکرد آن مختل شود.
برخلاف بسیاری از ابزارهای پوشیدنی متداول که دادهها را برای تحلیل به مراکز پردازشی خارجی ارسال میکنند، این فناوری جدید اطلاعات را مستقیماً روی بدن پردازش میکند. پژوهشگران معتقدند این ویژگی میتواند در شرایط اضطراری پزشکی جایی که حتی چند ثانیه تأخیر ممکن است مرگبار باشد، اهمیت حیاتی داشته باشد.
برای آزمایش تواناییهای این سامانه تیم تحقیقاتی از دادههای نقشهبرداری قلب مرتبط با فیبریلاسیون بطنی استفاده کرد؛ اختلالی خطرناک در ریتم قلب که در صورت درماننشدن میتواند به مرگ منجر شود. نتایج نشان داد این آرایه کشسان قادر است جبهههای موج الکتریکی غیرطبیعی قلب را با دقت ۹۹.۶ درصد شناسایی کند؛ حتی زمانی که دستگاه بیش از یک و نیم برابر اندازه اولیه خود کشیده شده باشد.
این پژوهش یکی از چالشهای اصلی حوزه الکترونیک پوشیدنی را هدف قرار داده است؛ یعنی ساخت سختافزارهای محاسباتی که در عین انعطافپذیری مشابه پوست انسان عملکرد پایداری داشته باشند.
محققان این سامانه را با استفاده از ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی طراحی کردند؛ قطعاتی که سیگنالها را از طریق جریان الکتریکی و همچنین حرکت یونها در یک لایه الکترولیت ژلمانند پردازش میکنند. این الکترولیت همچنین به ترانزیستورها ویژگی حافظهمانند میدهد و به آنها امکان میدهد اطلاعات را برای مدتی نگه دارند.
با این حال تولید چنین سامانههایی با تراکم بالا دشوار بود زیرا ماده نرم الکترولیت میتوانست مانند مایع پخش شده و باعث اتصال کوتاه شود. علاوه بر این روشهای رایج ساخت تراشه نیز ممکن بود به سطح انعطافپذیر دستگاه آسیب برسانند.
تیم تحقیقاتی برای حل این مشکل یک ژل پلیمری مهندسی کرد که هنگام قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش به الگوهای دقیق و سخت تبدیل میشود. این روش امکان ساخت حدود ۱۰ هزار ترانزیستور در هر سانتیمتر مربع را روی سطوح کشسان فراهم کرد.
سیهونگ وانگ، استاد مهندسی مولکولی در دانشگاه شیکاگو و از نویسندگان ارشد این مطالعه گفت: ما باید بررسی میکردیم که آیا میتوانیم ویژگیهای این پلیمرها را تغییر دهیم تا با فوتولیتوگرافی یعنی روش اصلی الگوسازی در صنعت میکروالکترونیک سازگار شوند یا خیر.
به گفته پژوهشگران این سختافزار برای پشتیبانی از محاسبات نورومورفیک طراحی شده است؛ رویکردی که در آن سامانههای الکترونیکی تلاش میکنند برخی عملکردهای مغز انسان را تقلید کنند.
تیم تحقیقاتی همچنین یک شبکه عصبی تعبیهشده در این دستگاه را برای ارزیابی خطر حمله قلبی آزمایش کرد. این سامانه با استفاده از دادههایی مانند سطح کلسترول، قند خون، نوار قلب و حداکثر ضربان قلب توانست با دقت ۸۳.۵ درصد خطر حمله قلبی را پیشبینی کند.
پژوهشگران میگویند این فناوری در آینده میتواند پایه توسعه سامانههای پوشیدنی هوشمندی باشد که نهتنها شرایط جسمی را پایش میکنند بلکه قادرند مستقیما روی بدن آنها را تحلیل و حتی به آنها واکنش نشان دهند.
وانگ در این باره گفت: در چنین شرایطی استفاده از پردازش از راه دور عملی نیست، چون زمان زیادی طول میکشد، اما اگر دستگاهی درون بدن بتواند تحلیل را انجام دهد، این کار ممکن خواهد شد.
تیم تحقیقاتی اکنون در حال ترکیب این آرایههای محاسباتی با سامانههای ارتباط بیسیم کشسان و حسگرهای پیشرفتهتر است تا پلتفرمهای کاملا متصل و سازگار با بدن انسان توسعه دهند.
فانگفانگ شیا دانشمند علوم رایانه در Argonne National Laboratory و از نویسندگان ارشد این مطالعه گفت: بهجای ارسال دادهها به سرورهای دوردست اکنون میتوانیم همان جایی که زندگی جریان دارد دادهها را درک و تحلیل کنیم.
انتهای پیام/
