«Растягивающееся устройство улавливает физиологические звуковые сигналы от тела, имеет физические свойства, соответствующие человеческой коже, и может быть установлено практически на любой поверхности тела», — сказал доцент CU Boulder Чжэ-Вонг Чжон, один из трех ведущих авторов исследования. Датчик, напоминающий небольшой лейкопластырь, весит менее одной сотой унции и может непрерывно собирать физиологические данные.
«Это устройство имеет очень низкую массовую плотность и может использоваться для мониторинга сердечно-сосудистой системы, распознавания речи и взаимодействия человек-машина в повседневной жизни», — сказал Джеонг из Департамента электротехники, вычислительной техники и энергетики. «Это очень удобно и удобно — вы можете представить его как крошечный носимый стетоскоп».Статья на эту тему была опубликована 16 ноября в научном журнале Science Advances.
Двумя другими соавторами-корреспондентами являются профессора Юнган Хуанг и Джон Роджерс из Северо-Западного региона.«Тонкие, мягкие, похожие на кожу характеристики этих передовых носимых устройств обеспечивают уникальные возможности« прислушиваться »к собственным звукам жизненно важных органов тела, включая легкие и сердце, что имеет важные последствия для непрерывного мониторинга физиологического здоровья, — сказал Роджерс, профессор материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии Симпсона Кверри. Роджерс также является директором Северо-западного центра биоинтегрированной электроники.Исследователи говорят, что новое устройство может улавливать механические волны, которые распространяются через ткани и жидкости в организме человека из-за естественной физиологической активности, обнаруживая характерные акустические сигнатуры отдельных событий.
Они включают открытие и закрытие сердечных клапанов, вибрацию голосовых связок и даже движения в желудочно-кишечном тракте.Датчик также может включать в себя электроды, которые могут записывать сигналы электрокардиограммы (ЭКГ), измеряющие электрическую активность сердца, а также сигналы электромиограммы (ЭМГ), которые измеряют электрическую активность мышц в состоянии покоя и во время сокращения.
По словам Чонга, датчик был подключен к внешней системе сбора данных для испытаний, но его можно легко преобразовать в беспроводное устройство. Такие датчики могут быть полезны в удаленных шумных местах, в том числе на полях сражений, производя бесшумные высококачественные кардиологические или речевые сигналы, которые можно прочитать в реальном времени в удаленных медицинских учреждениях.
«Используя данные этих датчиков, врач в больнице, находящейся далеко от пациента, сможет быстро и точно поставить диагноз», — сказал Чон.Сигналы вибрации голосовых связок также могут использоваться военнослужащими или гражданскими лицами для управления роботами, транспортными средствами или дронами. По его словам, возможности сенсора по распознаванию речи также имеют значение для улучшения коммуникации для людей, страдающих нарушениями речи.
В рамках исследования команда использовала устройство для измерения акустических реакций сердца и активности ЭКГ, включая обнаружение шумов в сердце, в группе пожилых добровольцев в Camp Lowell Cardiology, частной медицинской клинике в Тусоне, штат Аризона, в сотрудничестве с Университет Аризоны, партнер проекта. По словам Чонга, исследователи также смогли обнаружить акустические сигналы сгустков крови в соответствующем лабораторном эксперименте.Среди других соавторов исследования CU Boulder по статье Science Advances — доцент Цзяньлян Сяо и докторант Чжанан Цзоу по специальности машиностроение и докторант Раза Кази по электротехнике.
По словам первого автора исследования Юхао Лю, который получил докторскую степень в Университете Иллинойса-Урбана, а теперь работает в Lam Research со штаб-квартирой во Фремонте, Калифорния, липкий гибкий полимер, заключающий в себе крошечное устройство, достаточно растягивается, чтобы следовать за деформацией кожи. Устройство содержит крошечный коммерческий акселерометр для измерения вибрации акустики тела и учитывает испарение человеческого пота.Исследователи также показали, что вибрации голосовых связок, собранные, когда устройство находится на горле, могут использоваться для управления видеоиграми и другими устройствами. В рамках исследования испытуемый смог управлять игрой Pac-Man, используя вибрации голосовых связок для слов «вверх», «вниз», «влево» и «вправо».
«В то время как другие устройства электроники для кожи были разработаны исследователями, то, что не было продемонстрировано ранее, — это механико-акустическая связь нашего устройства с телом через кожу», — сказал Чон. «Наша цель — сделать это устройство достаточно практичным для использования в повседневной жизни».