استفاده از پیشرفتهای سریع فناوری برای سلامت انسان یک روند جهانی است که تحقیقات مهندسی زیستپزشکی را بهطور قابل توجهی رونق داده است. یکی از زمینههای نوظهور در این حوزه، حسگرهای زیستی پوشیدنی است که پتانسیل تبدیل به مراقبتهای بهداشتی دیجیتال و پزشکی هوش مصنوعی را دارند.
توسعه قابلیتهای محاسباتی لبهای و هوش مصنوعی از حسگرهای پوشیدنی، هوش آنها را تقویت میکند که برای اینترنت اشیاء هوشمند حیاتی است و مصرف انرژی را با کاهش تبادل دادهها بین ترمینالهای حسگر و واحدهای پردازش کم میکند. این امر به دستگاههای پوشیدنی اجازه میدهد تا دادهها را بهصورت محلی پردازش کنند، پردازش زمان واقعی، بازخورد سریعتر و وابستگی کمتر به اتصال شبکه و دستگاههای خارجی را ارائه میدهد و در نتیجه کارایی، حریم خصوصی و پاسخدهی را در برنامههایی مانند نظارت بر سلامت، ردیابی فعالیتها و فناوریهای پوشیدنی هوشمند بهبود میبخشد.
با این حال، حسگرهای فعلی فاقد تواناییهای محاسباتی هستند و عدم تطابق مکانیکی آنها با بافتهای نرم منجر به بروز خطاهای حرکتی میشود که کاربردهای عملی آنها در پوشیدنیها را محدود میکند.
در پاسخ به این چالشها، تیم تحقیقاتی به رهبری استاد شیمینگ ژانگ از دپارتمان مهندسی برق و الکترونیک دانشگاه هنگکنگ (HKU) یک پلتفرم محاسباتی پوشیدنی درونحسگری نوآورانه معرفی کرده است. این پلتفرم بر اساس یک دستگاه میکروالکترونیکی نوظهور، ترانزیستور الکتروشیمیایی ارگانیک (OECT) ساخته شده است که بهطور خاص برای کاربردهای زیستالکترونیک اختراع شده است. تیم تحقیقاتی یک پروتکل استاندارد برای مواد و ساخت این ترانزیستورها طراحی کرده است تا قابلیت کشسانی را به OECT ها بیفزاید. از طریق این تلاشها، پلتفرم میکروالکترونیکی ساختهشده حسگری، محاسباتی و کشسانی را در یک واحد سختافزاری ادغام کرده و آن را با قابلیت ویژهای برای کاربردهای محاسباتی پوشیدنی درونحسگری مجهز کرده است.
تیم تحقیقاتی همچنین یک پلتفرم چاپ چندکاناله قابل دسترس را برای تسهیل ساخت حسگرها در مقیاس بزرگ توسعه داده است. از طریق ادغام با مدارها، آنها توانستند توانایی پلتفرم را برای اندازهگیری سیگنالهای الکتروفیزیولوژیک انسان بهصورت زمان واقعی نشان دهند. نتایج نشان داد که محاسبات در محل با قدرت پایین، حتی در حین حرکت، پایدار است.
این تحقیق اخیراً در مقالهای با عنوان “یک پلتفرم محاسباتی پوشیدنی درونحسگری بر اساس ترانزیستورهای الکتروشیمیایی ارگانیک کشسان” در Nature Electronics منتشر شده است.
استاد ژانگ اظهار داشت: “ما یک پلتفرم محاسباتی پوشیدنی درونحسگری با استفاده از فناوری میکروالکترونیک نرم غیرمتعارف ساختهایم که راهحلهای سختافزاری مورد نیاز در زمینههایی مانند رابط انسان-ماشین، سلامت دیجیتال و پزشکی هوش مصنوعی را فراهم میکند.”
تیم تحقیقاتی بر این باور است که کار آنها مرزهای دستگاههای پوشیدنی و هوش مصنوعی لبهای برای سلامت را جابجا خواهد کرد. گامهای بعدی آنها شامل بهینهسازی پلتفرم و کاوش در کاربردهای احتمالی آن در محیطهای مختلف مراقبتهای بهداشتی است.
استاد ژانگ افزود: “این کار انقلابی نه تنها توانمندیهای نوآورانه تیم HKU را به نمایش میگذارد بلکه فرصتهای جدیدی را برای فناوریهای پوشیدنی ایجاد میکند. تعهد تیم به بهبود کیفیت زندگی از طریق فناوری سلامت پیشرفته در این دستاورد شگرف بهوضوح مشهود است.”
:References
Liu, D., Tian, X., Bai, J., Wang, S., Dai, S., Wang, Y., Wang, Z., & Zhang, S. (2024). A wearable in-sensor computing platform based on stretchable organic electrochemical transistors. Nature Electronics. https://doi.org/10.1038/s41928-024-01250-9