Είναι ένα έξυπνο Band-Aid, ένα έξυπνο ρολόι χωρίς το ρολόι και ένα άλμα προς τα εμπρός για φορητές τεχνολογίες υγείας. Ερευνητές στο Pritzker School of Molecular Engineering (PME) του Πανεπιστημίου του Σικάγο ανέπτυξαν ένα ευέλικτο, εκτατό υπολογιστικό τσιπ που επεξεργάζεται πληροφορίες μιμούμενος τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Η συσκευή, που περιγράφεται στο περιοδικό Matter, στοχεύει να αλλάξει τον τρόπο επεξεργασίας των δεδομένων υγείας.
Φορητές συσκευές και ιατρικά δεδομένα
“Με αυτήν την εργασία γεφυρώσαμε την τεχνολογία wearable με την τεχνητή νοημοσύνη και τη μηχανική μάθηση για να δημιουργήσουμε μια ισχυρή συσκευή που μπορεί να αναλύσει δεδομένα υγείας απευθείας στο σώμα μας”, δήλωσε ο Sihong Wang, επιστήμονας υλικών και Επίκουρος Καθηγητής Μοριακής Μηχανικής. Σήμερα, η απόκτηση ενός σε βάθος προφίλ για την υγεία σας απαιτεί μια επίσκεψη σε νοσοκομείο ή κλινική. Στο μέλλον, είπε ο Wang, η υγεία των ανθρώπων θα μπορούσε να παρακολουθείται συνεχώς από φορητές ηλεκτρονικές συσκευές που μπορούν να ανιχνεύσουν ασθένεια ακόμη και πριν εμφανιστούν τα συμπτώματα. Οι διακριτικές, φορετές υπολογιστικές συσκευές είναι ένα βήμα προς την πραγματοποίηση αυτού του οράματος.
Ένας κατακλυσμός δεδομένων
Το μέλλον της υγειονομικής περίθαλψης που οραματίζεται ο Wang, και πολλοί άλλοι, περιλαμβάνει φορητούς βιοαισθητήρες για την παρακολούθηση πολύπλοκων δεικτών υγείας, συμπεριλαμβανομένων των επιπέδων οξυγόνου, ζάχαρης, μεταβολιτών και μορίων του ανοσοποιητικού στο αίμα των ανθρώπων. Ένα από τα κλειδιά για να γίνουν εφικτές αυτοί οι αισθητήρες είναι η ικανότητά τους να προσαρμόζονται στο δέρμα. Καθώς τέτοιοι φορητοί βιοαισθητήρες που μοιάζουν με το δέρμα εμφανίζονται και αρχίζουν να συλλέγουν όλο και περισσότερες πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο, η ανάλυση γίνεται εκθετικά πιο περίπλοκη. Ένα μόνο τμήμα δεδομένων πρέπει να τεθεί στην ευρύτερη προοπτική του ιστορικού ενός ασθενούς και άλλων παραμέτρων υγείας.
Τα σημερινά έξυπνα τηλέφωνα δεν είναι ικανά για το είδος της πολύπλοκης ανάλυσης που απαιτείται για να μάθουν τις βασικές μετρήσεις υγείας ενός ασθενούς και να διακρίνουν σημαντικά σήματα ασθένειας. Ωστόσο, οι υπερσύγχρονες πλατφόρμες τεχνητής νοημοσύνης που ενσωματώνουν τη μηχανική μάθηση για τον εντοπισμό προτύπων σε εξαιρετικά πολύπλοκα σύνολα δεδομένων μπορούν να κάνουν καλύτερη δουλειά. Αλλά η αποστολή πληροφοριών από μια συσκευή σε μια κεντρική τοποθεσία AI δεν είναι ιδανική.
“Η ασύρματη αποστολή δεδομένων υγείας είναι αργή και παρουσιάζει μια σειρά ανησυχιών για την προστασία της ιδιωτικής ζωής”, είπε. “Είναι επίσης απίστευτα ενεργειακά αναποτελεσματικό. Όσο περισσότερα δεδομένα αρχίσουμε να συλλέγουμε, τόσο περισσότερη ενέργεια θα αρχίσουν να χρησιμοποιούν αυτές οι μεταδόσεις”.
Δέρμα και Εγκέφαλος
Η ομάδα του Wang ξεκίνησε να σχεδιάσει ένα τσιπ που θα μπορούσε να συλλέγει δεδομένα από πολλούς βιοαισθητήρες και να εξάγει συμπεράσματα για την υγεία ενός ατόμου χρησιμοποιώντας προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης αιχμής. Είναι σημαντικό ότι ήθελαν να φοριέται στο σώμα και να ενσωματώνεται άψογα με το δέρμα. “Με ένα έξυπνο ρολόι, υπάρχει πάντα ένα κενό”, είπε ο Wang. “Θέλαμε κάτι που μπορεί να επιτύχει πολύ στενή επαφή και να φιλοξενήσει την κίνηση του δέρματος”. Ο Wang και οι συνεργάτες του στράφηκαν στα πολυμερή, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ημιαγωγών και ηλεκτροχημικών τρανζίστορ αλλά έχουν επίσης την ικανότητα να τεντώνονται και να λυγίζουν. Συναρμολόγησαν πολυμερή σε μια συσκευή που επέτρεπε την ανάλυση δεδομένων υγείας με βάση την τεχνητή νοημοσύνη. Αντί να λειτουργεί σαν ένας τυπικός υπολογιστής, το τσιπ – που ονομάζεται νευρομορφικό υπολογιστικό τσιπ – λειτουργεί περισσότερο σαν ανθρώπινος εγκέφαλος, ικανός να αποθηκεύει και να αναλύει δεδομένα με ολοκληρωμένο τρόπο.
Δοκιμή της Τεχνολογίας
Για να δοκιμάσει τη χρησιμότητα της νέας τους συσκευής, η ομάδα του Wang τη χρησιμοποίησε για να αναλύσει δεδομένα ηλεκτροκαρδιογραφήματος (ΗΚΓ) που αντιπροσωπεύουν την ηλεκτρική δραστηριότητα της ανθρώπινης καρδιάς. Εκπαίδευσαν τη συσκευή να ταξινομεί τα ΗΚΓ σε πέντε κατηγορίες, υγιές ή τέσσερις τύπους μη φυσιολογικών σημάτων. Στη συνέχεια, το δοκίμασαν σε νέα ΗΚΓ. Είτε το τσιπ ήταν τεντωμένο είτε λυγισμένο, έδειξαν ότι μπορούσε να ταξινομήσει με ακρίβεια τους καρδιακούς παλμούς. Απαιτείται περισσότερη δουλειά για να δοκιμαστεί η ισχύς της συσκευής στην εξαγωγή προτύπων υγείας και ασθενειών. Αλλά τελικά, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί είτε για την αποστολή ειδοποιήσεων σε ασθενείς ή γιατρούς, είτε για αυτόματη τροποποίηση φαρμάκων.
“Εάν μπορείτε να λάβετε πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο για την αρτηριακή πίεση, για παράδειγμα, αυτή η συσκευή θα μπορούσε πολύ έξυπνα να λάβει αποφάσεις σχετικά με το πότε θα προσαρμόσει τα επίπεδα φαρμάκων για την αρτηριακή πίεση του ασθενούς”, είπε ο Wang. Αυτό το είδος αυτόματου βρόχου ανάδρασης χρησιμοποιείται ήδη από ορισμένες εμφυτεύσιμες αντλίες ινσουλίνης, πρόσθεσε. Ήδη σχεδιάζει νέες επαναλήψεις της συσκευής για να επεκτείνει τόσο τον τύπο των συσκευών με τις οποίες μπορεί να ενσωματωθεί όσο και τους τύπους αλγορίθμων μηχανικής εκμάθησης που χρησιμοποιεί. “Η ενσωμάτωση της τεχνητής νοημοσύνης με φορητές ηλεκτρονικές συσκευές γίνεται ένα πολύ ενεργό τοπίο”, δήλωσε ο Wang. “Αυτή δεν είναι ολοκληρωμένη έρευνα, είναι απλώς ένα σημείο εκκίνησης”.