Меньше грамма в сердце

Как датчик массой три десятых грамма и размером с мелкую монетку может считывать сердечные ритмы, управлять ходом видеоигры и давать команды дрону, разбирался Indicator.Ru.

Ученые из Колорадского университета в Боулдере и из Северо-Западного университета в штате Иллинойс разработали микроскопический программируемый акустический датчик, который измеряет все вибрации в человеческом теле. Датчик способен следить за здоровьем сердца и распознавать произнесенные слова.

Как прислушаться к сердцу

По словам Чэ-Ун Чона из департамента электроники, вычислительной техники и энергетического машиностроения в университете Колорадо, одного из авторов исследования, устройство улавливает физиологические звуковые сигналы организма, сочетается с человеческой кожей и может быть установлено практически на любой части тела, так как способно растягиваться и сжиматься. Липкий и гибкий датчик напоминает небольшой пластырь, весит меньше трех десятых грамма и непрерывно собирает физиологические данные. Он также не мешает выделению пота и его испарению.

«Благодаря своей низкой плотности это устройство может быть использовано для мониторинга сердечно-сосудистой системы, для взаимодействия человека и автоматизированных систем (пользовательских интерфейсов) и для распознавания речи. Он очень комфортный в носке, как крошечный переносной стетоскоп», — поясняет ученый. С полным текстом исследования можно ознакомиться в журнале Science Advances.

Джон Роджерс, профессор материаловедения и биомедицинской инженерии из Северо-Западного университета, соавтор исследования, добавляет: «Наше устройство позволяет пользователям получить уникальную возможность прослушивать звуки своего организма, в том числе и жизненно важных органов. Это происходит благодаря тому, что датчик может улавливать механические волны, распространяющиеся через ткани и жидкости в нашем организме, и выявлять акустические «подписи» отдельных событий, таких как открытие и закрытие сердечных клапанов, колебания голосовых связок и даже движения в желудочно-кишечном тракте».

В бою и в мирное время

Датчик способен интегрировать свои данные с вживленными в тело электродами, которые, в свою очередь, записывают сигналы электрической активности сердца (электрокардиограмму) и электрической активности мышц в состоянии покоя и при сжатии (электромиограмму). Кроме того, устройство может работать как при подключении к внешней системе сбора данных, так и без проводов. «Используя данные, передаваемые датчиками, врач в больнице сможет поставить диагноз в отсутствие пациента», — прокомментировал Роджерс. Поэтому устройство можно использовать даже в отдаленных участках и в условиях шума, например на поле боя.

Голосовые вибрации, зафиксированные датчиком, также могут помочь военнослужащим для управления роботами, транспортными средствами и беспилотными летательными аппаратами. В дальнейшем эволюция прибора, возможно, поможет людям, страдающим от нарушений речи, улучшить коммуникативные связи. На сегодняшний день их уже можно использовать во время видеоигр. Так, во время одного из экспериментов датчик передавал сигналы в игру Pacman, когда игрок произносил слова «вверх», «вниз», «влево» и «вправо». Другими словами, человек может контролировать ход игры, просто произнося слова.

В рамках исследования команда ученых проверяла работу устройства путем измерения сердечных акустических реакций активности ЭКГ, в том числе и сердечных шумов, среди пожилых добровольцев в частной медицинской клинике в Тусоне (штат Аризона) при поддержке Аризонского университета. Исследователи также смогли обнаружить акустические сигналы, исходящие от тромбов.

Ученые уверены, что разработанное ими устройство имеет реальные перспективы широкого практического использования в повседневной жизни. В отличие от других датчиков, которые крепятся на кожу, этот передатчик является единственным устройством, которое фиксирует механико-акустические сигналы и использует их как в медицинских, так и в прочих целях.