سنسورهای پوشیدنی برای نظارت بر همه چیز از شمارش قدم تا ضربان قلب تقریباً در همه جا وجود دارند. اما برای مواردی مانند اندازه‌گیری شروع ضعف در افراد مسن، تشخیص سریع بیماری‌های کشنده، آزمایش اثربخشی داروهای جدید یا ردیابی عملکرد ورزشکاران حرفه‌ای، به دستگاه‌هایی با گرید پزشکی نیاز است. مهندسان دانشگاه آریزونا نوعی ابزار پوشیدنی ساخته‌اند که آن را «دستگاه بیوسیمبیوتیک» می‌نامند که مزایای بی‌نظیری دارد. دستگاه‌ها نه تنها به صورت سفارشی سه بعدی چاپ شده‌اند و بر اساس اسکن بدن مصرف کنندگان هستند، بلکه می‌توانند به طور مداوم با استفاده از ترکیبی از انتقال انرژی بی سیم و ذخیره سازی فشرده انرژی کار کنند. این تیم به رهبری فیلیپ گوتروف، استادیار مهندسی زیست پزشکی و کریگ ام. برگ عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی، یافته‌های خود را در مجله Science Advances منتشر کردند.
گوتروف، یکی از اعضای موسسه BIO5 دانشگاه، معتقد است که هیچ چیزی شبیه به این پوشیدنی وجود ندارد: «ما یک مفهوم کاملاً جدید را معرفی می‌کنیم که یک دستگاه را مستقیماً برای یک شخص تنظیم می‌کند و با استفاده از انتقال برق بی‌سیم به دستگاه اجازه می‌دهد تا ۲۴ ساعت شبانه روز و ۷ روز هفته بدون نیاز به شارژ مجدد کار کند.»
اندازه سفارشیسازی شده، منجر به نظارت دقیق می‌شود
سنسورهای پوشیدنی فعلی با محدودیت‌های مختلفی روبرو هستند. برای مثال، ساعت‌های هوشمند نیاز به شارژ دارند و به دلیل قرار گرفتن روی مچ، تنها می‌توانند اطلاعات محدودی را جمع‌آوری کنند. گوتروف و تیمش با استفاده از اسکن‌های سه‌بعدی بدن کاربر، که می‌توانند از طریق روش‌هایی از جمله MRI، سی تی اسکن و حتی ترکیب دقیق تصاویر گوشی‌های هوشمند جمع‌آوری شوند، قادرند دستگاه‌های سفارشیسازی شده‌ای که در قسمت‌های مختلف بدن بسته می‌شوند را به صورت سه بعدی چاپ کنند؛ فکر کنید که یک شبکه مشبک ناملموس، سبک وزن و قابل تنفس به طور خاص برای عضله دو سر بازو، ساق پا یا بالاتنه شما طراحی شده است. توانایی اختصاصی سازی کردن مکان قرارگیری سنسور به محققان این اجازه را می‌دهد تا پارامترهای فیزیولوژیکی را اندازه گیری کنند، امکانی که بدون این استفاد از این روش ممکن نبود.
تاکر استوارت، دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی و نویسنده اول این مقاله می‌گوید: «برای مثال، اگر می‌خواهید به طور مداوم دمایی نزدیک به دمای مرکزی بدن داشته باشید، سنسور را در زیر بغل قرار می‌دهید. یا اگر می‌خواهید نحوه تغییر شکل عضله دو سر خود را در حین تمرین اندازه‌گیری کنید، می‌توانیم یک سنسور را در دستگاه‌هایی قرار دهیم که می‌توانند این کار را انجام دهند.» او همچنین می‌گوید: «به دلیل نحوه ساخت دستگاه و اتصال آن به بدن، می‌توانیم از آن برای جمع‌آوری داده‌هایی استفاده کنیم که یک دستگاه پوشیدنی مچی مرسوم قادر به جمع‌آوری آن نیست».
از آنجا که این دستگاه‌های بیوسیمبیوتیک به صورت سفارشی برای فرد مصرف کننده نصب می‌شوند، بسیار حساس هستند. تیمِ گوتروف توانایی دستگاه را برای نظارت بر پارامترهایی از جمله دما و فشار در حالی که فردی می‌پرید، روی تردمیل راه می‌رفت و از دستگاه قایقی بدنسازی استفاده می‌کرد، آزمایش کردند. در تست دستگاه قایقی، افراد تحت آزمایش چندین دستگاه را پوشیدند و شدت تمرین و نحوه تغییر شکل عضلات با جزئیات دقیق دنبال شد. همچنین این دستگاه‌ها به آنقدر دقیق بودند تا تغییرات دمای بدن ناشی از بالا رفتن از یک رشته پلکان را تشخیص دهند.
مداوم، بی سیم و بدون دردسر
گوتروف و تیمش اولین کسانی نیستند که ابزارهای پوشیدنی را برای ردیابی سلامت و عملکرد بدن مناسب سازی می‌کنند. با این حال، ابزارهای پوشیدنی فعلی توانایی ردیابی متریک‌ها را به طور مداوم یا با دقت کافی برای نتیجه گیری پزشکی هدف دار ندارند. برخی از پوشیدنی‌های مورد استفاده محققان، پچ‌هایی هستند که به پوست می‌چسبند، اما زمانی که پوست فرآیند ریزش طبیعی خود را طی می‌کند یا گاهی اوقات زمانی که فرد عرق می‌کند، جدا می‌شوند. حتی پوشیدنی‌های در سطح بالا که در محیط‌های بالینی استفاده می‌شوند، مانند مانیتورهای ECG، با این مشکلات مواجه هستند، همچنین، آن‌ها بی‌سیم نیستند و به شدت تحرک را محدود می‌کنند. اگر بیماران به دستگاه‌های بزرگ خارجی متصل باشند، نمی‌توانند کارهای عادی روزانه خود را انجام دهند. دستگاه بیوسیمبیوتیکی که تیم گوتروف معرفی کرده است از هیچ چسبی استفاده نمی‌کند و انرژی خود را از یک سیستم بی‌سیم با برد چند متر دریافت می‌کند. این دستگاه همچنین دارای یک واحد ذخیره انرژی کوچک است، بنابراین حتی در صورت خارج شدن کاربر از محدوده سیستم، از جمله خارج از خانه، کار می‌کند.
گوتروف می‌گوید: «این دستگاه‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که نیاز به هیچ تعاملی با کاربر ندارند. تنها کافیست که آن را بپوشید و دیگر نیازی نیست با آن کاری داشته باشید. دستگاه کار خودش را انجام می‌دهد.»
اطلاعات بیشتر:
تاکر استووارت و همکاران، بیوسیمبیوتیک، دستگاه‌های بی‌سیم شخصی‌سازی شده و دیجیتالی برای مجموعه نامحدود سیگنال‌های زیستی با بازدهی بالا، Science Advances – 2021
www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj3269
دیدگاه ها