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hautähnliches" medizinisches Wearable könnte Gesundheitsprobleme erkennen, bevor die Symptome auftreten

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Das experimentelle Gerät setzt auf künstliche Intelligenz und dehnbare, leitfähige Kunststoffe, um die medizinische Wearable-Technologie voranzubringen.

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Der Markt für tragbare medizinische Geräte wächst jährlich um etwas mehr als 27 % und wird laut dem Marktforschungsunternehmen Market Research Future bis zum Jahr 2030 einen Wert von 174 Milliarden US-Dollar erreichen. Angesichts des Potenzials dieser Technologie, rund um die Uhr Gesundheitsüberwachung und -diagnostik auf individueller Basis zu ermöglichen, könnte das künftige Wachstum sogar noch weit über diese Zahlen hinausgehen. Das Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums trägt in Zusammenarbeit mit der Pritzker School of Molecular Engineering (PME) der Universität Chicago dazu bei, diese Zukunft zu verwirklichen, indem es ein hautähnliches Gerät entwickelt, das so etwas wie ein "Hightech-Medizinzentrum auf Abruf" ist

Zukünftige tragbare Elektronik könnte möglicherweise aufkommende Gesundheitszustände erkennen, noch bevor offensichtliche Symptome auftreten, heißt es in einer Pressemitteilung des Argonne National Laboratory. Die Geräte könnten auch personalisierte Analysen der erfassten Gesundheitsdaten durchführen und dabei die Notwendigkeit der drahtlosen Übertragung minimieren.

Um eine so große Datenmenge bei sehr geringem Stromverbrauch auf kleinstem Raum zu sammeln und zu verarbeiten, ist eine Technologie namens neuromorphes Computing erforderlich, so die Forscher. Diese auf künstlicher Intelligenz (KI) basierende Technologie ahmt die Funktionsweise des Gehirns nach, indem sie mit früheren Datensätzen trainiert und aus Erfahrungen lernt. Zu ihren Vorteilen gehören die Kompatibilität mit dehnbarem Material, ein geringerer Energieverbrauch und eine höhere Geschwindigkeit als bei anderen Arten von KI, heißt es in der Pressemitteilung.

Die andere große Herausforderung für das Team war die Integration der Elektronik in ein hautähnliches, dehnbares Material. Halbleiter, die in aktuellen starren elektronischen Geräten wie Handys verwendet werden, bestehen normalerweise aus einem festen Siliziumchip. Unabhängig davon, wie fortschrittlich ein Wearable auch sein mag, es ist bekannt, dass die Akzeptanz bei den Nutzern rapide sinkt, wenn das Gerät unbequem zu tragen ist. Das für den Halbleiter verwendete Material musste nicht nur leitfähig, sondern auch hochflexibel sein.

Der hautähnliche neuromorphe Chip des Forschungsteams besteht aus einer dünnen Schicht eines Kunststoff-Halbleiters in Kombination mit dehnbaren Gold-Nanodraht-Elektroden. Für die Konstruktion wurden drei Arten von Kunststoffen verwendet, so der Forscher Sihong Wang gegenüber PlasticsToday: "Eine Art konjugiertes Polymer mit halbleitenden und ionenleitenden Eigenschaften, das durch unsere Forschung dehnbar gemacht wurde, ein Organo-Hydrogel als Elektrolyt und ein Polydimethylsiloxan (PDMS)-Elastomersubstrat." Selbst wenn das Gerät auf das Doppelte seiner normalen Größe gedehnt wurde, funktionierte es wie geplant, ohne dass sich irgendwelche Risse bildeten.

Um das Konzept zu testen, bauten die Forscher ein KI-Gerät und trainierten es darauf, gesunde EKG-Signale von vier verschiedenen Signalen zu unterscheiden, die auf gesundheitliche Probleme hinweisen. Nach dem Training war das Gerät zu mehr als 95 % in der Lage, die EKG-Signale richtig zu erkennen.

Die Bestrahlung mit einem intensiven Röntgenstrahl zeigte, wie sich die Moleküle, aus denen das hautähnliche Material des Geräts besteht, bei einer Verdoppelung der Länge neu organisieren. Diese Ergebnisse lieferten Informationen auf molekularer Ebene zum besseren Verständnis der Materialeigenschaften, so das Argonne National Laboratory.