Thiết bị điện tử đeo được mới kết hợp với trí tuệ nhân tạo có thể chuyển đổi sàng lọc các vấn đề sức khỏe.
Các thiết bị điện tử linh hoạt, có thể đeo được đang được đưa vào sử dụng hàng ngày và tiềm năng đầy đủ của chúng vẫn đang được phát huy.
Chẳng bao lâu nữa, công nghệ này có thể được sử dụng cho các cảm biến y tế chính xác gắn trên da, được thiết kế để thực hiện theo dõi và chẩn đoán sức khỏe. Nó sẽ giống như có một trung tâm y tế công nghệ cao ngay lập tức ra hiệu và gọi cho bạn.
>> Tham khảo: Công nghệ mới trên chip tạo ra các xung cực nhanh.
Một thiết bị giống da như vậy đang được phát triển trong một dự án giữa Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) và Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker (PME) của Đại học Chicago. Dẫn đầu dự án là Sihong Wang, trợ lý giáo sư tại UChicago PME với một cuộc hẹn chung trong bộ phận Khoa học và Công nghệ Nano của Argonne.
Được đeo thường xuyên, các thiết bị điện tử đeo được trong tương lai có khả năng phát hiện các vấn đề sức khỏe mới nổi có thể xảy ra – chẳng hạn như bệnh tim, ung thư hoặc bệnh đa xơ cứng – ngay cả trước khi các triệu chứng rõ ràng xuất hiện. Thiết bị cũng có thể thực hiện phân tích cá nhân hóa dữ liệu sức khỏe được theo dõi trong khi giảm thiểu nhu cầu truyền không dây.
Wang cho biết: “Việc chẩn đoán cho cùng một phép đo sức khỏe có thể khác nhau tùy thuộc vào độ tuổi, tiền sử bệnh và các yếu tố khác của người đó. “Việc chẩn đoán như vậy, với thông tin sức khỏe liên tục được thu thập trong một thời gian dài, rất tốn dữ liệu.”
Một thiết bị như vậy sẽ cần thu thập và xử lý một lượng lớn dữ liệu, cao hơn nhiều so với những gì mà ngay cả những chiếc đồng hồ thông minh tốt nhất hiện nay cũng có thể làm được. Và nó sẽ phải xử lý dữ liệu này với mức tiêu thụ điện năng rất thấp trong một không gian rất nhỏ.
>> Tham khảo: Các phân tử thay đổi phản ứng dưới ánh sáng phân cực.
Để giải quyết nhu cầu đó, nhóm đã sử dụng máy tính mô phỏng thần kinh. Công nghệ AI này bắt chước hoạt động của bộ não bằng cách đào tạo trên các tập dữ liệu trong quá khứ và học hỏi kinh nghiệm. Ưu điểm của nó bao gồm khả năng tương thích với vật liệu co giãn, mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn và tốc độ nhanh hơn các loại AI khác.
Một thách thức lớn khác mà nhóm phải đối mặt là tích hợp các thiết bị điện tử vào một vật liệu có thể co giãn giống như da. Vật liệu chính trong bất kỳ thiết bị điện tử nào là chất bán dẫn. Trong các thiết bị điện tử cứng hiện nay được sử dụng trong điện thoại di động và máy tính, đây thường là một con chip silicon rắn. Các thiết bị điện tử có thể co giãn yêu cầu chất bán dẫn phải là một vật liệu có tính linh hoạt cao mà vẫn có thể dẫn điện.
“Con chip” thần kinh giống như da của nhóm bao gồm một màng mỏng chất bán dẫn bằng nhựa kết hợp với các điện cực dây nano vàng có thể co giãn. Ngay cả khi được kéo dài gấp đôi kích thước bình thường, thiết bị của họ vẫn hoạt động như kế hoạch mà không hình thành bất kỳ vết nứt nào.
Trong một thử nghiệm, nhóm đã chế tạo một thiết bị AI và đào tạo thiết bị này để phân biệt các tín hiệu điện tâm đồ (ECG) khỏe mạnh với bốn tín hiệu khác nhau cho thấy các vấn đề về sức khỏe. Sau khi đào tạo, thiết bị có hiệu quả hơn 95% trong việc xác định chính xác các tín hiệu điện tâm đồ.
>> Tham khảo: Muối quan trọng hơn nhiệt độ vùng cực lạnh trong quá trình hình thành băng biển.
Chất bán dẫn dẻo cũng trải qua quá trình phân tích trên chùm tia 8-ID-E tại Nguồn Photon Nâng cao (APS), một cơ sở người dùng của Văn phòng Khoa học DOE tại Argonne. Việc tiếp xúc với chùm tia X cường độ cao cho thấy cách các phân tử tạo nên vật liệu của thiết bị giống như da tái tổ chức khi tăng gấp đôi chiều dài. Những kết quả này đã cung cấp thông tin ở cấp độ phân tử để hiểu rõ hơn về các đặc tính của vật liệu.
Joe Strzalka, một nhà vật lý Argonne cho biết: “Việc nâng cấp theo kế hoạch của APS sẽ tăng độ sáng của chùm tia X của nó lên tới 500 lần. “Chúng tôi mong muốn được nghiên cứu vật liệu của thiết bị trong các điều kiện hoạt động thông thường của nó, tương tác với các hạt tích điện và thay đổi điện thế trong môi trường của nó. Thay vì một bức ảnh chụp nhanh, chúng tôi sẽ có thêm một đoạn phim về phản ứng cấu trúc của vật liệu ở cấp độ phân tử.” mức độ.” Độ sáng của chùm tia lớn hơn và các máy dò tốt hơn sẽ cho phép đo vật liệu trở nên mềm hay cứng như thế nào trước các tác động của môi trường.
“Mặc dù vẫn cần phát triển hơn nữa trên một số mặt, nhưng một ngày nào đó, thiết bị của chúng tôi có thể thay đổi cuộc chơi, trong đó mọi người có thể biết được tình trạng sức khỏe của mình theo cách hiệu quả và thường xuyên hơn nhiều”, Wang nói thêm.
>> Tham khảo: Các nhà khoa học phát triển phương pháp xanh hơn, hiệu quả hơn để sản xuất kháng sinh thế hệ tiếp theo.
Nghiên cứu này đã được xuất bản trên tạp chí Matter trong một bài báo có tiêu đề “Các thiết bị mô phỏng thần kinh có thể co giãn nội tại để xử lý dữ liệu sức khỏe trên cơ thể bằng trí tuệ nhân tạo.”
Ngoài Wang và Strzalka, các thành viên nhóm Argonne đóng góp cho nghiên cứu quan trọng này bao gồm Zixuan Zhao, Fangfang Xia, Rick Stevens và Jie Xu. Những người đóng góp cho UChicago PME bao gồm Shilei Dai, Yahao Dai, Yang Li, Youdi Liu, Ping Cheng, Songsong Li, Nan Li, Qi Su, Shinya Wai, Wei Liu và Cheng Zhang. Cũng đóng góp cho dự án này là các nhà nghiên cứu từ Đại học Tongji (Jia Huang) và Đại học Nam California (Ruoyu Zhao và J. Joshua Yang).
Công trình này được tài trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ, Quỹ Khoa học Quốc gia và một quỹ khởi nghiệp từ Đại học Chicago.
