Sensori wireless per monitorare la nostra salute

Sensori wireless per monitorare la nostra salute

I sensori che abbracciano la pelle tengono traccia degli indicatori di salute e utilizzano un nuovo tipo di RFID per trasmettere i segnali ai ricevitori agganciati agli indumenti.

Ingegneri di Stanford hanno sviluppato un modo per rilevare segnali fisiologici provenienti dalla pelle con sensori che si attaccano come cerotti e trasmettono letture wireless a un ricevitore attaccato agli indumenti. Per dimostrare questa tecnologia indossabile, i ricercatori hanno attaccato i sensori al polso e all'addome per monitorare il polso e la respirazione della persona, rilevando come la sua pelle si rilassava e si contraeva con ogni battito cardiaco o respiro. Allo stesso modo, gli adesivi sui gomiti e sulle ginocchia della persona tracciavano i movimenti del braccio e delle gambe misurando la contrazione o il rilassamento della pelle ogni volta che il muscolo corrispondente si fletteva.

La dottoressa Zhenan Bao, (1) la professoressa di ingegneria chimica il cui laboratorio ha descritto il sistema in un articolo di Nature Electronics, (2) pensa che questa tecnologia indossabile, battezzata con il nome di BodyNet, sarà prima utilizzata in contesti medici come il monitoraggio di pazienti con disturbi del sonno o condizioni cardiache. Il suo laboratorio sta già cercando di sviluppare nuovi adesivi per rilevare il sudore e altre secrezioni per tenere traccia di variabili come la temperatura corporea e lo stress. Il suo obiettivo finale è quello di creare una serie di sensori wireless che si attacchino alla pelle e lavorino in combinazione con abbigliamento intelligente per tracciare in modo più accurato una più ampia varietà di indicatori di salute rispetto agli smartphone o agli orologi che i consumatori utilizzano oggi.

“Pensiamo che un giorno sarà possibile creare un gruppo di sensori cutanei per tutto il corpo per raccogliere dati fisiologici senza interferire con il normale comportamento di una persona”, ha detto Zhenan Bao, che è anche il K.K. Lee Professor alla School of Engineering.

Estensibile, comodo, funzionale

Gli studiosi post dottorato Simiao Niu e Naoji Matsuhisa hanno guidato il team di 14 persone che hanno progettato, in un triennio, i sensori. Il loro obiettivo era sviluppare una tecnologia comoda da indossare e senza batterie o circuiti rigidi che possono impedire agli adesivi di allungarsi e contrarsi con la pelle. La loro progettazione ha soddisfatto questi parametri con una variazione della tecnologia RFID - identificazione a radiofrequenza - utilizzata per controllare l'ingresso senza chiave in stanze chiuse. Quando una persona tiene una carta d'identità fino a un ricevitore RFID, un'antenna nella carta ID raccoglie un po' di energia RFID dal ricevitore e la utilizza per generare un codice che poi trasmette al ricevitore.

L'adesivo BodyNet è simile alla carta d'identità: ha un'antenna che raccoglie un po' dell'energia RFID in arrivo da un ricevitore sugli indumenti per alimentare i suoi sensori. Quindi prende le letture dalla pelle e le restituisce al vicino ricevitore. Ma per far funzionare l'adesivo wireless, i ricercatori hanno dovuto creare un'antenna che può allungarsi e piegarsi come la pelle. Lo hanno fatto serigrafando inchiostro metallico su un adesivo di gomma. Tuttavia, ogni volta che l'antenna si piegava o si allungava, quei movimenti rendevano il suo segnale troppo debole e instabile per essere utile.

Per ovviare a questo problema, i ricercatori di Stanford hanno sviluppato un nuovo tipo di sistema RFID in grado di trasmettere segnali forti e precisi al ricevitore nonostante costanti fluttuazioni. Il ricevitore a batteria utilizza quindi il Bluetooth per caricare periodicamente i dati dagli adesivi su uno smartphone, un computer o un altro sistema di archiviazione permanente.

La versione iniziale degli adesivi si basava su minuscoli sensori di movimento per eseguire letture della respirazione e delle pulsazioni. I ricercatori stanno ora studiando come integrare sudore, temperatura e altri rilevatori nei loro sistemi di antenne.

Per spostare la loro tecnologia oltre le applicazioni cliniche e verso dispositivi adatti ai consumatori, i ricercatori devono superare un'altra sfida: mantenere il sensore e il ricevitore vicini l'uno all'altro. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno agganciato un ricevitore agli indumenti appena sopra ogni sensore. Gli accoppiamenti uno-a-uno di sensori e ricevitori andrebbero bene nel monitoraggio medico, ma per creare un BodyNet che qualcuno potrebbe indossare durante l'esercizio fisico, le antenne dovrebbero essere tessute negli indumenti per ricevere e trasmettere segnali indipendentemente da dove una persona attacca un sensore.

La dottoressa Zhenan Bao è anche membro senior del Precourt Institute for Energy, (3) membro di Stanford Bio-X, (4) membro di facoltà di Stanford ChEM-H, (5) affiliato dello Stanford Woods Institute for Environment (6) e membro del Wu Tsai Neurosciences Institute. (7) Altri co-autori di Stanford sono Jeffrey B.-H. Tok, (8) ricercatore; Ada Poon, (9) professore associato di ingegneria elettrica; William Burnett, (10) professore a contratto di ingegneria meccanica; studiosi post dottorato Yuanwen Jiang e Jinxing Li; lo studente laureato Jiechen Wang; ed ex studioso in visita Youngjun Yun ed ex studiosi post-dottorato Sihong Wang, Xuzhou Yan e Levent Beker. I ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore hanno anche scritto lo studio.

Questa ricerca è stata supportata da Samsung Electronics; l'agenzia di Singapore per la scienza, la tecnologia e la ricerca; la Japan Society for the Promotion of Science; e lo Stanford Precision Health and Integrated Diagnosis Center. (11)

Riferimenti:

(1) Zhenan Bao

(2) A wireless body area sensor network based on stretchable passive tags

(3) Precourt Institute for Energy

(4) Stanford Bio-X

(5) Stanford ChEM-H

(6) Stanford Woods Institute for Environment

(7) Wu Tsai Neurosciences Institute

(8) Jeffrey B.-H. Tok

(9) Ada Poon

(10) William Burnett

(11) Stanford Precision Health and Integrated Diagnosis Center

Descrizione foto: usando l'inchiostro metallico, i ricercatori hanno serigrafato un'antenna e un sensore su un adesivo estensibile progettato per aderire alla pelle e tenere traccia delle pulsazioni e di altri indicatori di salute, trasmettendo queste letture a un ricevitore sui vestiti di una persona. Credit: Bao lab.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Stanford engineers have developed wireless sensors that stick to the skin to track our health

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