Älyanturi dekoodaa väsymyksen ja stressin kehon signaaleista

Pehmeä, ihoa myötäilevä hydrogeeli yhdistettynä tekoälypohjaiseen signaalinkäsittelyyn mahdollistaa sydänsignaalien ja verenpaineen kliinisen tason seurannan päivittäisten toimintojen aikana, mikä tasoittaa tietä mielenterveystilojen keskeytymättömälle seurannalle.

Singaporen kansallisen yliopiston professori Ho Ghim Wein johtama tutkimusryhmä on kehittänyt tekoälypohjaiseen signaalinkäsittelyyn integroidun metahydrogeelialustan, joka vaimentaa useita liikkumisen kohinan lähteitä samanaikaisesti.

Järjestelmän elektrokardiografian (EKG) signaali-kohinasuhde ja verenpainepoikkeama liikkeen aikana täyttää ISO:n kliinisen tason standardit ja ylittää markkinoilla tällä hetkellä saatavilla olevat kaupalliset seurantalaitteet.

Yhdessä koneoppimisen kanssa alusta luokittelee väsymystasot 92 prosentin tarkkuudella, mikä viittaa objektiiviseen ja jatkuvaan mielenterveyden seurantaan todellisissa tilanteissa.

Sen sijaan, että tiimi olisi luottanut pelkästään ohjelmistoon kohisevan datan puhdistamiseksi, se tarttui ongelmaan itse anturin ja kehon rajapinnassa. Metahydrogeelin artefaktien vaimentamisalusta (MAP) yhdistää kaksi suodatusmekanismia yhteen materiaaliin. Hydrogeelin sisällä jaksollisiksi vyöhykkeiksi itsestään kokoontuvat nanopartikkelit sirottavat ja absorboivat mekaanisia värähtelyjä, aivan kuten äänieristyspaneeli vangitsee äänienergiaa estäen liikemelun kohdennetuilla taajuusalueilla.

Samaan aikaan bioyhteensopiva glyseroli-vesielektrolyytti ohjaa ionien kulkunopeutta geelin läpi, päästäen matalataajuiset sydänsignaalit (alle 30 Hz) läpi ja samalla vaimentaen korkeataajuista lihasten sähköistä kohinaa. Koneoppiva kohinanpoistoalgoritmi poistaa sitten kaikki jäljellä olevat rakenteettomat kohinat säilyttäen samalla kriittiset fysiologiset ominaisuudet.

Alusta on riittävän pehmeä vastaamaan biologisen kudoksen mekaanisia ominaisuuksia, hengittävä ja sen vesihöyryn läpäisynopeus ylittää ihmisen ihon, sekä on kestävä toistuvassa venyttelyssä.

Koska väsymys häiritsee autonomista hermostoa, se jättää mitattavia jälkiä sykevälivaihteluun, verenpainekuvioihin ja EKG-aaltomuotoihin – mutta vain jos nämä signaalit voidaan tallentaa selkeästi jokapäiväisen toiminnan aikana.

Tiimi rakensi täysin integroidun, joustavan ja puettavan MAP-järjestelmän langattomalla tiedonsiirrolla ja käytti sitä osallistujien seurantaan useiden päivien ajan, mukaan lukien simuloituja ajo-tehtäviä, joiden tarkoituksena oli aiheuttaa väsymystä.

Jatkossa tutkijoiden tavoitteena on tehdä yhteistyötä teollisuuskumppaneiden kanssa valmistusstrategioiden optimoimiseksi ja alustan viemiseksi kohti käytännönläheistä, tuotetason toteutusta.

Aiheesta aiemmin:

Kipua ja vammoja aistiva neuromorfinen robotti-iho

Monitoiminen elektroninen tatuointi

Ihomainen monitoimianturi vaikka kehon sisään