إلكترونيات جديدة يمكن أن ترتديها لتجري فحص طبي وتكتشف المشكلات الصحية.. الذكاء الاصطناعي يسهل المهمة

تشق الإلكترونيات المرنة والقابلة للارتداء طريقها إلى الاستخدام اليومي، ولا يزال يتعين تحقيق إمكاناتها الكاملة،قريباً، يمكن استخدام هذه التقنية لأجهزة الاستشعار الطبية الدقيقة المتصلة بالجلد، والمصممة لأداء المراقبة الصحية والتشخيص، سيكون الأمر أشبه بامتلاك مركز طبي عالي التقنية تحت تصرفك الفوري.

اكتشاف المشكلات الصحية

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 ساهونج وانج الأستاذ المساعد في UChicago PME، إن “التشخيص لنفس القياسات الصحية يمكن أن يختلف تبعًا لعمر الشخص وتاريخه الطبي وعوامل أخرى”، “مثل هذا التشخيص بالمعلومات الصحية بشكل مستمر على مدى فترة طويلة ، يتطلب 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 عملية 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.

يتم تطوير مثل هذا الجهاز الذي يشبه الجلد في مشروع بين مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، ومدرسة بريتزكر للهندسة الجزيئية، بجامعة شيكاغو، يقود المشروع ساهونج وانج، الأستاذ المساعد في UChicago PME مع تعيين مشترك في قسم علوم وتكنولوجيا النانو في Argonne.

تطوير إلكترونيات شبيهة بالجلد

يقوم باحثون من مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية و PME في UChicago بتطوير إلكترونيات شبيهة بالجلد مقترنة بالذكاء الاصطناعي لمراقبة الصحة والتشخيص. يمكن لمثل هذه الأجهزة الإلكترونية الجديدة القابلة للارتداء المقترنة بالذكاء الاصطناعي أن تحول الفحص بحثًا عن المشكلات الصحية. الائتمان: مجموعة وانج للأبحاث
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.

التمييز بين إشارات مخطط القلب الكهربائي الصحية

كاختبار واحد، قام الفريق ببناء جهاز ذكاء اصطناعي ودربه على التمييز بين إشارات مخطط القلب الكهربائي الصحية (ECG) من أربع إشارات مختلفة تشير إلى مشاكل صحية. بعد التدريب ، كان الجهاز أكثر فاعلية بنسبة 95٪ في تحديد إشارات مخطط كهربية القلب بشكل صحيح.

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 المستوى الجزيئي لفهم خصائص المواد بشكل أفضل.

يمكن للجميع الحصول على حالتهم الصحية بطريقة أكثر فاعلية

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 وانج: “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”.

نُشر هذا البحث في مجلة Matter في ورقة بعنوان “الأجهزة العصبية القابلة للتمدد بشكل جوهري لمعالجة البيانات الصحية على الجسم باستخدام الذكاء الاصطناعي”.