يقوم باحثون بتطوير إلكترونيات تشبه الجلد جنبًا إلى جنب مع الذكاء الاصطناعي لاكتشاف المخاوف الصحية الناشئة المحتملة.
كانت الدراسة نشرت في مجلة Matter بعنوان أجهزة عصبية قابلة للمط بشكل جوهري لمعالجة البيانات الصحية على الجسم باستخدام الذكاء الاصطناعي.
على الرغم من أن الإلكترونيات المرنة والقابلة للارتداء أصبحت شائعة بشكل متزايد ، إلا أنها لم تدرك بعد إمكاناتها الكاملة. يمكن أن تصبح المستشعرات الطبية الدقيقة الموضوعة على الجلد للقيام بمراقبة وتشخيص الصحة ممكنة بفضل هذه التقنية في المستقبل القريب. سيكون مثل وجود مؤسسة طبية متطورة تحت تصرفك في جميع الأوقات.
يتم تطوير مثل هذا الجهاز الذي يشبه الجلد في مشروع بين مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) ومدرسة بريتزكر للهندسة الجزيئية (PME) بجامعة شيكاغو. يقود المشروع Sihong Wang ، الأستاذ المساعد في UChicago PME مع تعيين مشترك في قسم علوم وتكنولوجيا النانو في Argonne.
يمكن للأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء التي يتم ارتداؤها بشكل روتيني اكتشاف المشكلات الصحية الناشئة المحتملة – مثل أمراض القلب أو السرطان أو التصلب المتعدد – حتى قبل ظهور الأعراض الواضحة. يمكن للجهاز أيضًا إجراء تحليل شخصي للبيانات الصحية المتعقبة مع تقليل الحاجة إلى الإرسال اللاسلكي. وقال وانغ إن “التشخيص لنفس القياسات الصحية يمكن أن يختلف تبعًا لعمر الشخص وتاريخه الطبي وعوامل أخرى”. “مثل هذا التشخيص ، مع جمع المعلومات الصحية بشكل مستمر على مدى فترة طويلة ، هو بيانات مكثفة للغاية.”
سيحتاج مثل هذا الجهاز إلى جمع ومعالجة كمية هائلة من البيانات ، أعلى بكثير مما يمكن أن تفعله حتى أفضل الساعات الذكية اليوم. وسيتعين عليها القيام بهذه البيانات باستهلاك منخفض جدًا للطاقة في مساحة صغيرة جدًا.
لتلبية هذه الحاجة ، دعا الفريق إلى الحوسبة العصبية. تحاكي تقنية الذكاء الاصطناعي هذه عمل الدماغ من خلال التدريب على مجموعات البيانات السابقة والتعلم من التجربة. تشمل مزاياها التوافق مع المواد القابلة للتمدد ، واستهلاك أقل للطاقة وسرعة أكبر من الأنواع الأخرى من الذكاء الاصطناعي.
كان التحدي الرئيسي الآخر الذي واجهه الفريق هو دمج الإلكترونيات في مادة قابلة للمط تشبه الجلد. المادة الرئيسية في أي جهاز إلكتروني هي أشباه الموصلات. في الأجهزة الإلكترونية الصلبة المستخدمة حاليًا في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر ، تكون هذه عادةً شريحة سيليكون صلبة. تتطلب الإلكترونيات القابلة للمط أن يكون أشباه الموصلات مادة مرنة للغاية لا تزال قادرة على توصيل الكهرباء.
وتتكون “الرقاقة” العصبية التي تشبه الجلد التي يستخدمها الفريق من غشاء رقيق من أشباه موصلات بلاستيكية مقترنة بأقطاب أسلاك متناهية الصغر من الذهب قابلة للمط. حتى عند شدها إلى ضعف حجمها الطبيعي ، فإن أجهزتهم تعمل كما هو مخطط لها دون تشكيل أي تشققات.
في أحد الاختبارات ، قام الفريق ببناء جهاز ذكاء اصطناعي ودربه على التمييز بين إشارات مخطط كهربية القلب الصحية (ECG) من أربع إشارات مختلفة تشير إلى مشاكل صحية. بعد التدريب ، كان الجهاز فعالاً بنسبة 95٪ في تحديد إشارات مخطط كهربية القلب بشكل صحيح.
كما خضع أشباه الموصلات البلاستيكية لتحليل خط الأشعة 8-ID-E في مصدر الفوتون المتقدم (APS) ، وهو مرفق مستخدم تابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في أرجون. كشف التعرض لشعاع أشعة سينية مكثف عن كيفية إعادة تنظيم الجزيئات التي تشكل مادة الجهاز الشبيهة بالجلد عند مضاعفة الطول. قدمت هذه النتائج معلومات على المستوى الجزيئي لفهم خصائص المواد بشكل أفضل.
قال جو سترزالكا ، فيزيائي أرجون: “ستزيد الترقية المزمعة لنظام APS من سطوع حزم الأشعة السينية بما يصل إلى 500 مرة”. “نتطلع إلى دراسة مادة الجهاز في ظل ظروف التشغيل العادية ، والتفاعل مع الجسيمات المشحونة وتغيير الإمكانات الكهربائية في بيئتها. وبدلاً من اللقطة ، سيكون لدينا فيلم أكثر عن الاستجابة الهيكلية للمادة في الجزيئات مستوى.” إن زيادة سطوع خط الأشعة وأفضل أجهزة الكشف ستجعل من الممكن قياس مدى نعومة أو صلابة المادة استجابةً للتأثيرات البيئية.
وأضاف وانغ: “بينما لا يزال الجهاز بحاجة إلى مزيد من التطوير على عدة جبهات ، يمكن أن يكون جهازنا يومًا ما مغيرًا للعبة حيث يمكن للجميع الحصول على حالتهم الصحية بطريقة أكثر فاعلية ومتكررة”.
