تم تطوير مستشعر التعب الذكي

الإرهاق مشكلة شائعة في جميع أنحاء العالم. المشكلة حادة بشكل خاص في سنغافورة – وفقًا لبعض التقديرات، يعاني كل ثالث عامل هناك من هذه المتلازمة.

يعد التشخيص الموضوعي للإرهاق والحالات العقلية ذات الصلة أمرًا صعبًا ويعتمد بشكل كبير على الاستبيانات. البديل الفعال هو قياس معلمات القلب والأوعية الدموية المتعلقة بالجهاز العصبي اللاإرادي. لكن القيام بذلك بدقة كافية في الحياة اليومية ليس بالأمر السهل.

طورت جامعة سنغافورة الوطنية (NUS) مستشعر هيدروجيل ميتا الذي، إلى جانب معالجة الإشارات الخوارزمية القائمة على الذكاء الاصطناعي، يقوم بتصفية التداخل والضوضاء قدر الإمكان، وبالتالي قراءة معدل ضربات القلب وتخطيط القلب وضغط الدم بدقة سريرية.

تم اختبار الجهاز في جامعة جنوب غرب جياوتونغ. النتائج يمكن العثور عليها في المجلة مجسات الطبيعة. إنهم جديرون جدًا:

• نسبة الإشارة إلى الضوضاء لمخطط القلب الكهربائي – 37.36 ديسيبل،
• دقة قياس ضغط الدم أثناء الحركة – 3 ملم زئبق. فن.

وبالاشتراك مع تقنيات التعلم الآلي، يكتشف النظام مستويات التعب بدقة تصل إلى 92%، مما يمهد الطريق لمراقبة موضوعية ومستمرة للصحة العقلية في بيئات العالم الحقيقي.

بدلا من تنظيف البرنامج للبيانات الصاخبة، تم حل المشكلة على مستوى الأجهزة – على الحدود بين المستشعر والجسم. منصة التوهين الأثرية للهيدروجيل (MAP) يجمع بين آليتين للتصفية.

تعمل الجسيمات النانوية، التي تنظم نفسها داخل الهيدروجيل في خطوط دورية، على تبديد وامتصاص الاهتزازات الميكانيكية، على غرار الطريقة التي تمتص بها اللوحة العازلة للصوت الضوضاء. يتحكم إلكتروليت متوافق حيويًا يعتمد على الجلسرين والماء في سرعة حركة الأيونات داخل الجل: تمر إشارات القلب منخفضة التردد (أقل من 30 هرتز) بحرية، ويتم قمع الضوضاء الكهربائية عالية التردد الصادرة عن العضلات الهيكلية.

ما يرتب الأمور أخيرًا هو الخوارزمية النهائية لتقليل الضوضاء بناءً على التعلم الآلي. أدت هذه التحسينات إلى زيادة موثوقية تحديد موجة تخطيط القلب من 52% إلى 93%.

“بالمقارنة مع الأجهزة التجارية الحالية، تُظهر منصة meta-hydrogel الخاصة بنا أداءً فائقًا، خاصة في ظروف الحركة حيث يكون قمع القطع الأثرية أمرًا صعبًا بشكل خاص. توفر الساعة الذكية النموذجية نسبة إشارة إلى ضوضاء لتخطيط القلب تبلغ 10-20 ديسيبل، والتي يمكن أن تنخفض بحوالي 40٪ عند التحرك بسبب القطع الأثرية والاتصال غير المستقر. ويصل نظامنا إلى حوالي 37 ديسيبل أثناء الأنشطة اليومية،” أوضح المؤلف الأول تيان جو من كلية التصميم والهندسة في جامعة سنغافورة الوطنية.

المادة ناعمة بما يكفي لتتناسب مع الخواص الميكانيكية للأنسجة البيولوجية، وهي قابلة للتنفس (معدل انتقال بخار الماء أعلى من معدل انتقال الجلد البشري) ويمكن أن تتحمل التمدد المتكرر.

بالإضافة إلى تقييم التعب، يقوم النظام اللاسلكي المرن والمتكامل تمامًا بقمع التأثيرات عبر مجموعة واسعة من الإشارات الفسيولوجية: أصوات القلب، وأصوات التنفس، والصوت، ومخطط كهربية الدماغ، ومخطط كهربية العين. وأظهرت الاختبارات أيضًا أن MAP يلبي متطلبات المعيار الذهبي ISO 81060-2 لقياس ضغط الدم. يشير هذا إلى الإمكانات الواسعة للمنصة للمراقبة الفيزيولوجية العصبية ومراقبة الصحة العقلية.

وأضاف البروفيسور هو جيم وي، الذي قاد الدراسة: “إننا نتطلع إلى العمل بشكل وثيق مع أطباء الصحة العقلية لفهم أنواع البيانات الفسيولوجية الأكثر فائدة لهم بشكل أفضل ومستوى الدقة المطلوب لتلبية الاحتياجات السريرية. ويمكن للأطباء تقديم إرشادات قيمة للمساعدة في إقامة روابط ذات معنى بين البيانات والحالات المرضية”.