Elastyczny plaster z wbudowaną AI analizuje pracę serca w czasie rzeczywistym

Zespół z University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering zbudował plaster przypominający ludzką skórę, który liczy dane zdrowotne wprost na ciele pacjenta. Urządzenie nie przesyła sygnału do chmury ani smartfona - cały proces analizy zamyka się w milisekundach na samym plastrze.

Plaster różni się od popularnych smartwatchy czy opasek fitness tym, że nie tylko zbiera dane, ale też sam je interpretuje. Zamiast wysyłać surowe odczyty do aplikacji, wbudowana sieć neuronowa działa lokalnie, bezpośrednio na skórze, i w czasie rzeczywistym ocenia, czy sygnał z serca wskazuje na coś niepokojącego.

Jak działa układ na skórze

Kluczem do projektu są tranzystory elektrochemiczne oparte na materiale organicznym, który przewodzi sygnał dzięki ruchowi jonów w warstwie żelu, a nie klasycznemu przepływowi elektronów w krzemie. Taka konstrukcja pozwala układowi zginać się i rozciągać razem ze skórą, zamiast pękać przy każdym ruchu ciała.

Naukowcy upakowali do 10 tysięcy takich tranzystorów na jednym centymetrze kwadratowym elastycznego podłoża. To gęstość, która wcześniej była zarezerwowana dla sztywnych układów krzemowych, trudnych do połączenia z miękką, ruchomą powierzchnią ciała.

W testach na danych z badań rytmu serca plaster wykrywał źródło nieprawidłowych impulsów elektrycznych z dokładnością 99,6 procent, nawet gdy materiał był rozciągnięty ponad półtora raza w stosunku do pierwotnej długości. W drugim eksperymencie sieć neuronowa wbudowana w plaster analizowała poziom cholesterolu, cukru we krwi, maksymalne tętno i wynik EKG, by oszacować ryzyko zawału serca - tu skuteczność systemu sięgnęła 83,5 procent.

Dlaczego lokalne przetwarzanie ma znaczenie

Większość dzisiejszych urządzeń ubieralnych, od smartwatchy po holtery, zbiera dane i odsyła je do aplikacji lub serwera, gdzie dopiero następuje analiza. To generuje opóźnienie i uzależnia działanie urządzenia od stabilnego połączenia bezprzewodowego. Plaster z Chicago omija ten problem, bo cała analiza dzieje się na miejscu, bez czekania na transmisję i bez ryzyka utraty łączności.

Ma to znaczenie praktyczne przede wszystkim dla pacjentów kardiologicznych, u których liczy się każda sekunda reakcji na groźną arytmię, oraz dla osób w miejscach o słabym dostępie do internetu, gdzie monitorowanie wysokiej klasy wcześniej było praktycznie niedostępne.

Przyszłość, do której dążymy, to uczynienie urządzeń ubieralnych i wszczepialnych mądrzejszymi - Sihong Wang, University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering

Co dalej z projektem

Zespół pracuje teraz nad połączeniem plastra z rozciągliwymi systemami łączności bezprzewodowej oraz bardziej zaawansowanymi czujnikami. Celem jest urządzenie, które nie tylko zbiera i analizuje dane zdrowotne, ale też potrafi na nie reagować - na przykład ostrzegając pacjenta lub lekarza w momencie wykrycia zagrożenia, zamiast czekać na przegląd danych po fakcie.

Na razie prace opisane w Nature Electronics dotyczą testów na danych klinicznych, a nie gotowego produktu medycznego. Droga od takiego prototypu do urządzenia dopuszczonego do użytku u pacjentów zwykle oznacza lata dalszych badań i certyfikacji, ale sam kierunek, czyli przenoszenie obliczeń AI z chmury na ciało pacjenta, staje się coraz wyraźniejszym trendem w elektronice medycznej.

Dla polskiego czytelnika projekt jest sygnałem, gdzie zmierza rynek urządzeń do zdalnego monitorowania pacjentów, obszar, w który coraz częściej inwestują też polskie szpitale i firmy medtech szukające sposobów na odciążenie kardiologów i szybszą reakcję na stany zagrożenia życia.