Μία νέου είδους πειραματική συσκευή για την παρακολούθηση καρδιακών παθήσεων οφείλει τον λειτουργικό σχεδιασμό της στον θαλάσσιο αστερία. Εμπνευσμένοι από τη μορφή του, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μιζούρι των ΗΠΑ δημιούργησαν ένα φορητό, «έξυπνο» βιοηλεκτρονικό εξάρτημα το οποίο προσκολλάται στο στήθος στην περιοχή της καρδιάς.
Στη συνέχεια, παρακολουθεί τη λειτουργία της με τη βοήθεια ειδικών αισθητήρων, ενός μικροσκοπικού υπολογιστή αλλά και της τεχνητής νοημοσύνης (ΑΙ), σύμφωνα με τα δεδομένα της έρευνας τα οποία δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό «Science Advances».
Νέα γενιά ηλεκτρονικών για την παρακολούθηση της καρδιάς
Οταν κάποιος πάσχει από μια καρδιακή νόσο, οφείλει να παρακολουθεί τη δραστηριότητα της καρδιάς του όσο το δυνατόν πιο συχνά, αλλά και με ακριβείς μεθόδους. Το υπερηχογράφημα «Ντόπλερ» αποτελεί μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές παρακολούθησης, η οποία εκμεταλλεύεται τα ανακλώμενα από την καρδιά κύματα υπερήχων για να δημιουργήσει, μέσω ειδικού λογισμικού σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, την εικόνα της καρδιάς.
Ωστόσο, η συγκεκριμένη εξέταση απαιτεί πλήρη ακινησία, με αυτό να συνεπάγεται ότι δεν παρέχεται μια αληθινή εικόνα για τη συνηθισμένη λειτουργία της καρδιάς. Από την άλλη, οι φορητές συσκευές παρακολούθησης, ειδικά αναπτυγμένες για χρήση κατά την κίνηση, καταγράφουν καρδιακά σήματα για μεγάλο χρόνο και παρέχουν μια πιο αξιόπιστη εικόνα της υγείας του ασθενούς. Και πάλι όμως μειονεκτούν, καθώς τα πολλά εξαρτήματα που απαιτεί η ταυτόχρονη καταγραφή ηλεκτρικών και μηχανικών σημάτων κάνει τη χρήση τους άβολη για τους ασθενείς.
Τη λύση έρχεται να δώσει η «βιοηλεκτρονική». Οπως προδίδει και το όνομά της, η «βιοηλεκτρονική» προσανατολίζεται στην ανάπτυξη ευέλικτων ηλεκτρονικών, συνήθως μικρών φορητών αισθητήρων, για την παρακολούθηση μιας βιολογικής λειτουργίας. Η νέα γενιά των βιοηλεκτρονικών στρέφεται προς την κατασκευή ευλύγιστων συσκευών, μικρού μεγέθους και χαμηλού βάρους, ικανών να προσκολλώνται στο ανθρώπινο σώμα και να καταγράφουν σήματα μέσω ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Σε αυτή την κατηγορία συγκαταλέγεται και η νέα τεχνολογία του ηλεκτρονικού… «αστερία»!
Εργονομικός σχεδιασμός και τεχνητή νοημοσύνη
Αντλώντας έμπνευση από την ακτινωτή συμμετρία της δομής των εχινόδερμων, στην οποία ανήκει και ο αστερίας, η επιστημονική ομάδα ανέπτυξε τη συσκευή παρακολούθησης χρησιμοποιώντας ένα ελαφρύ, πολυμερικό υλικό. Σε αντίθεση με άλλα παρόμοια συστήματα, το καινοτόμο βιοηλεκτρονικό προσκολλάται εργονομικά γύρω από την περιοχή της καρδιάς αξιοποιώντας τα πέντε άκρα του, με το κάθε ένα από αυτά να αποτελείται από δύο ηλεκτρονικά μέρη: ένα επιταχυνσιόμετρο και ένα ηλεκτρόδιο.
Κυκλώματα χαλκού ενώνουν το κάθε ένα από αυτά τα άκρα με ένα κεντρικό ηλεκτρονικό σύστημα. Μεταξύ άλλων, στο κέντρο της συσκευής περιέχονται ένας μικροσκοπικός υπολογιστής (επεξεργαστικής ισχύος ίσης με 32 bit), μια μονάδα ασύρματης επικοινωνίας «Bluetooth», μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία και ασύρματα κυκλώματα φόρτισης.
Με συνδυαστική λειτουργία των παραπάνω, η συσκευή πραγματοποιεί ηλεκτροκαρδιογραφήματα, αλλά και σεισμοκαρδιογραφήματα και γυροκαρδιογραφήματα (πειραματικού τύπου καρδιογραφήματα καταγραφής των δονήσεων του θώρακα). Ακόμη, η ειδική σχεδίαση εξασφαλίζει την απορρόφηση των κραδασμών, εξαλείφοντας μη επιθυμητά σήματα.
Αρχικά, τα συλλεγόμενα δεδομένα επεξεργάζονται από τον ενσωματωμένο μικρό υπολογιστή. Στη συνέχεια μεταδίδονται μέσω «Bluetooth» σε μια κοντινή έξυπνη συσκευή για περαιτέρω ανάλυση μέσω ΑΙ, η οποία στηρίζεται σε αλγορίθμους μηχανικής μάθησης.
Για τους σκοπούς της μελέτης, οι αλγόριθμοι εκπαιδεύτηκαν σε καρδιακές μετρήσεις 16 υγιών εθελοντών και 18 ατόμων με διάφορες καρδιακές παθήσεις. Αν και εξαιρετικά χρήσιμος, ο βιοηλεκτρονικός «αστερίας» βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο. Μένει να αποδειχθεί εάν με τα χρόνια θα εξελιχθεί σε μια πολύτιμη τεχνολογία για την υγειονομική περίθαλψη.
