Sensor "patch" dapat memonitor fungsi jantung dan mengenali ucapan

Northwestern University / University of Colorado Boulder

Sinyal fisiologis-akustik mekanik dapat memberi kita banyak informasi berguna, termasuk informasi kesehatan. Masalahnya adalah bahwa mereka tidak dapat didengar tanpa bantuan perangkat khusus. Stetoskop biasa dan akselerometer digital mampu menangkap beberapa informasi, tetapi tidak cocok untuk menggunakannya dalam mode portabel dan kontinu. Selain itu, keduanya memiliki kelemahan terkait dengan transmisi sinyal secara mekanis melalui kulit. Para ilmuwan telah memperkenalkan perangkat baru di mana semua kekurangan ini dihilangkan.

Sensor akustik lembut yang dapat dikenakan pada kulit sebagai tambalan melacak detak jantung Anda dan mengenali ucapan manusia. Ini dikemukakan oleh tim pencipta dariUniversitas Illinois di Urbana-Champaign . Sensor epidermal semacam itu dapat membantu mendiagnosis penyakit dan memungkinkan orang mengontrol robot dan bermain game komputer tanpa perangkat saku.


Diagram perangkat: Struktur A-perangkat; B adalah ilustrasi perangkat yang dirakit; C adalah perangkat melengkung yang didukung oleh pinset; D - sensor pada kulit; E-fluoresensi mikrograf sel yang dikultur pada permukaan perangkat. Area hijau dan merah berhubungan dengan sel hidup dan mati; F - demonstrasi kemampuan peregangan perangkat; G - hasil pemodelan struktur yang saling berhubungan yang mengalami tekanan terbesar, H - jumlah reaksi getaran yang diukur pada jaringan simulasi payudara ayam pada sumber getaran

Perkembangan sebelumnya, yang mendeteksi getaran akustik melalui kulit, pada dasarnya bekerja berdasarkan prinsip stetoskop. Menurut penulis utama studi ini, Howard Yu Hao Liu, mereka terlalu besar dan terbuat dari bahan keras. Perangkat seperti itu sulit dipakai dan sampai batas tertentu sinyal akustik teredam.

Tidak seperti perangkat besar yang dibuat sebelumnya, sensor baru menggunakan mini MEMS daya rendahakselerometer. Mereka ditempatkan di piring karet silikon lengket dan elastis. Para peneliti mengatakan akselerometer ini disetel untuk menggetarkan frekuensi dalam kisaran 0,5 hingga 550 Hz. Frekuensi ini adalah karakteristik suara yang memancarkan organ-organ vital tubuh manusia. Kabel tembaga elastis menghubungkan sensor-sensor ini ke amplifier, resistor, dan kapasitor.

Perangkat baru, mirip dengan tambalan kecil, beratnya hanya 213,6 miligram. Ketebalannya adalah 20 milimeter. Perangkat ini cukup fleksibel dan elastis, sehingga dapat dikenakan di bagian tubuh mana pun, termasuk di leher. Seseorang memutuskan bahwa mengenakan pelat karet untuk waktu yang lama pada tubuh sangat tidak nyaman. Setidaknya karena fakta bahwa kulit di bawahnya akan memanas dan berkeringat. Tetapi para ilmuwan memastikan bahwa karet silikon, yang merupakan "tambalan" dibuat, memberikan penguapan keringat. Perangkat ini juga memiliki elektroda yang merekam sinyal listrik tubuh. Mereka membantu sensor memonitor kerja jantung dan alat pacu jantung.

Percobaan menunjukkan bahwa sensor dapat terus mengumpulkan beberapa jenis sinyal akustik sekaligus: membuka dan menutup katup jantung, denyut darah di arteri karotid di leher, getaran pita suara dan gerakan di saluran pencernaan. Para ilmuwan menguji sukarelawan di klinik medis swasta di Tucson, Arizona. Selama tes, ternyata perangkat itu mampu mendeteksi murmur jantung. Para ilmuwan juga melakukan percobaan menggunakan sistem pendukung ventrikel. Perangkat ini membantu jantung memompa darah, dengan demikian sebagian atau seluruhnya menggantikan fungsinya. Para ilmuwan mensimulasikan kerja jantung dengan cara ini, dan juga mensimulasikan kondisi untuk trombosis dan emboli. Sensor baru diatasi dengan tugas dan mampu mendeteksi gumpalan darah yang berpotensi fatal.

Selain obat-obatan, para ilmuwan telah menemukan kegunaan lain untuk perangkat mereka. Jika "tambalan" direkatkan ke tenggorokan, itu dapat digunakan untuk mengontrol robot atau bermain video game, berfungsi sebagai antarmuka untuk mengirim perintah ke komputer. Sebuah sensor yang ditempatkan dengan tepat dapat menangkap sinyal dari otot-otot alat artikular dan getaran akustik pita suara. Relawan itu bisa mengendalikan karakter Pac-Man, memberikan suaranya perintah "naik", "turun", "kiri" dan "kanan". Akurasi pengenalan kata adalah 90%.


: — ; — () (); — () () , () (); D — , ; E —

Kontak dekat antara sensor dan kulit membuat operasinya hampir tidak tergantung pada suara akustik ambien. Dalam diagram, Anda dapat melihat perbandingan spektogram kata perintah yang direkam selama pertandingan dengan sensor epidermal dan mikrofon iPhone standar, yang terpasang pada tenggorokan. Sumber kebisingan terletak 2,5 meter dari properti. Dalam lingkungan yang tenang, di mana tingkat kebisingan tidak melebihi 30 dB, sensor dan mikrofon menunjukkan hasil yang sama. Dalam lingkungan yang bising (60 dB), rekaman mikrofon sangat terpengaruh, tetapi ini tidak memengaruhi pekerjaan prototipe.

Sehingga perangkat tersebut dapat digunakan untuk komunikasi dalam kondisi kebisingan yang meningkat. Howard Yu Hao Liu percaya sensor ini juga dapat membantu orang-orang dengan kesulitan bicara, tentara di medan perang, dan saksi mata pertama di lokasi bencana.

Sekarang pekerjaan prototipe tergantung pada kabel di mana data ditransmisikan. Untuk membuatnya lebih praktis untuk digunakan di dunia nyata, tim ilmuwan akan sepenuhnya mentransfer perangkat ke transmisi data nirkabel. Di masa depan, penelitian lebih lanjut akan membantu meningkatkan rentang frekuensi getaran yang dikenali oleh sensor epidermal hingga 2000 Hz. Kemudian prototipe mengenali berbagai getaran bicara manusia dan dapat bertindak sebagai mikrofon.

Karya ilmiah diterbitkan dalam jurnal ScienceAdvances pada 16 November 2016
DOI: 10.1126 / sciadv.1601185

Source: https://habr.com/ru/post/id399183/