Un nuovo dispositivo di elaborazione elastico, che sembra una pelle, analizza i dati sulla salute con un'intelligenza artificiale che imita il cervello
Per sfruttare le tecnologie indossabili per far progredire la medicina di precisione, è indispensabile un'analisi personalizzata e basata sull'apprendimento dei dati sanitari acquisiti continuamente, per i quali il calcolo neuromorfico fornisce l'implementazione più efficiente dell'elaborazione dei dati dell'intelligenza artificiale (AI). Per realizzare l'elaborazione neuromorfica sul corpo, è richiesta l'elasticità simile alla pelle, ma deve ancora essere combinata con le metriche neuromorfiche desiderate, incluso l'aggiornamento del peso simmetrico lineare e una sufficiente conservazione dello stato, per ottenere un'elevata efficienza di calcolo.
I ricercatori dell'University of Chicago’s Pritzker School of Molecular Engineering (PME) hanno sviluppato un chip informatico flessibile ed estensibile che elabora le informazioni imitando il cervello umano. Il dispositivo, descritto sulla rivista Matter, (1) mira a cambiare il modo in cui vengono elaborati i dati sanitari. È un cerotto intelligente, un misuratore intelligente e una importante innovazione per le tecnologie sanitarie indossabili.
«Con questo lavoro abbiamo unito la tecnologia indossabile con l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico per creare un potente dispositivo in grado di analizzare i dati sanitari direttamente sul nostro corpo», ha affermato il dottor Sihong Wang, (2) scienziato dei materiali e assistente professore di ingegneria molecolare.
Oggi, ottenere un profilo approfondito sulla tua salute richiede una visita in un ospedale o in una clinica. In futuro, ha affermato Wang, la salute delle persone potrebbe essere monitorata continuamente da dispositivi elettronici indossabili in grado di rilevare la malattia anche prima della comparsa dei sintomi. I dispositivi informatici indossabili e discreti sono un passo avanti per trasformare questa visione in realtà.
Una miriade di dati
Il futuro dell'assistenza sanitaria che Wang, e molti altri, immaginano includerà biosensori indossabili per monitorare complessi indicatori di salute inclusi i livelli di ossigeno, zucchero, metaboliti e molecole immunitarie nel sangue delle persone. Una delle chiavi per rendere fattibili questi sensori è la loro capacità di conformarsi alla pelle. Quando tali biosensori indossabili simili alla pelle emergono e iniziano a raccogliere sempre più informazioni in tempo reale, l'analisi diventa esponenzialmente più complessa. Un singolo dato deve essere inserito nella prospettiva più ampia della storia di un paziente e di altri parametri di salute.
Gli smartphone odierni non sono in grado di eseguire il tipo di analisi complessa richiesta per apprendere le misurazioni della salute di base di un paziente e individuare importanti segnali di malattia. Tuttavia, piattaforme di intelligenza artificiale all'avanguardia che integrano l'apprendimento automatico per identificare modelli in set di dati estremamente complessi possono fare un lavoro migliore. Ma inviare informazioni da un dispositivo a una posizione AI (Artificial intelligence) centralizzata non è l'ideale.
«L'invio di dati sanitari in modalità wireless è lento e presenta una serie di problemi di privacy», ha affermato. «È anche incredibilmente inefficiente dal punto di vista energetico; più dati iniziamo a raccogliere, più energia inizieranno a utilizzare queste trasmissioni».
Il team di Skin and Brains
Il dottor Wang ha deciso di progettare un chip in grado di raccogliere dati da più biosensori e trarre conclusioni sulla salute di una persona utilizzando approcci di apprendimento automatico all'avanguardia. È importante sottolineare che volevano che fosse indossabile sul corpo e si integrasse perfettamente con la pelle.
«Con un orologio intelligente, c'è sempre un divario», ha detto lo scienziato. «Volevamo qualcosa che potesse raggiungere un contatto molto intimo e accogliere il movimento della pelle».
Il Professor Sihong Wang e il dottorando Yahao Dai analizzano un dispositivo neuromorfico indossabile.
Wang e i suoi colleghi si sono rivolti ai polimeri, che possono essere usati per costruire semiconduttori e transistor elettrochimici, ma hanno anche la capacità di allungarsi e piegarsi. Hanno assemblato polimeri in un dispositivo che ha consentito l'analisi dei dati sanitari basata sull'intelligenza artificiale. Piuttosto che funzionare come un tipico computer, il chip, chiamato chip di calcolo neuromorfico, funziona più come un cervello umano, in grado di archiviare e analizzare i dati in modo integrato.
Testare la tecnologia
Per testare l'utilità del loro nuovo dispositivo, il gruppo di Wang lo ha utilizzato per analizzare i dati dell'elettrocardiogramma (ECG) che rappresentano l'attività elettrica del cuore umano. Hanno addestrato il dispositivo a classificare gli ECG in cinque categorie: segnali sani o quattro tipi di segnali anormali. Quindi, l'hanno testato su nuovi ECG. Indipendentemente dal fatto che il chip fosse allungato o piegato, hanno dimostrato, potrebbe classificare accuratamente i battiti cardiaci.
È necessario più lavoro per testare la potenza del dispositivo nel dedurre modelli di salute e malattia. Ma alla fine, potrebbe essere utilizzato per inviare avvisi ai pazienti o ai medici o per modificare automaticamente i farmaci.
«Se è possibile ottenere informazioni in tempo reale sulla pressione sanguigna, ad esempio, questo dispositivo potrebbe prendere decisioni in modo molto intelligente su quando regolare i livelli di farmaci per la pressione sanguigna del paziente», ha affermato Wang. «Questo tipo di circuito di feedback automatico è già utilizzato da alcune pompe per insulina impiantabili», ha aggiunto.
Sta già pianificando nuove iterazioni del dispositivo per espandere sia il tipo di dispositivi con cui può integrarsi che i tipi di algoritmi di apprendimento automatico che utilizza.
«L'integrazione dell'intelligenza artificiale con l'elettronica indossabile sta diventando un settore molto attivo», ha affermato Wang. «Questa non è una ricerca finita, è solo un punto di partenza».
Riferimenti:
(2) Sihong Wang
Descrizione foto:
Foto destra: Asst. Il professor Wang e il suo team sperano di rivoluzionare la medicina personalizzata spostando l'analisi dei dati basata sull'intelligenza artificiale sui corpi degli utenti con l'aiuto di dispositivi di calcolo neuromorfico come quello visto qui. - Credit: Wang Group.
Foto sinistra: L'Asst. Il Professor Sihong Wang mostra un unico dispositivo neuromorfico con tre elettrodi. - Credit: John Zick.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Stretchy computing device feels like skin—but analyzes health data with brain-mimicking artificial intelligence