7ος χρόνος, ημέρα 2058η
Κυριακή, 20 Ιουνίου 2021

Μηχανικοί δημιούργησαν μικροσκοπικά νήματα ικανά να παρακολουθούν πώς και πότε κινούμαστε

Μηχανικοί δημιούργησαν μικροσκοπικά νήματα ικανά να παρακολουθούν πώς και πότε κινούμαστε
APimages

Μηχανικοί του Πανεπιστημίου Tufts δημιούργησαν εύκαμπτους νηματοειδείς αισθητήρες που μπορούν να μετρήσουν τις κινήσεις του λαιμού, παρέχοντας δεδομένα για τη διεύθυνση της γωνία περιστροφής και τον βαθμό μετατόπισης της κεφαλής, όπως αναφέρει το SciTechDaily. Η ανακάλυψη αυξάνει τις δυνατότητες για τη δημιουργία λεπτών, δυσδιάκριτων αυτοκόλλητων, σαν τατουάζ, που θα μπορούσαν, σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα του Tufts, να μετρούν αθλητικές επιδόσεις, να παρακολουθούν την κόπωση των εργαζόμενων ή των οδηγών και να βελτιώνουν τις εικόνες που δημιουργούνται μέσω υπολογιστή στην κινηματογραφία.

Η εν λόγω τεχνολογία προστίθεται σε έναν αυξανόμενο αριθμό νηματοειδών αισθητήρων που ανέπτυξαν μηχανικοί του Tufts και μπορούν να υφανθούν, για να μετρούν αέρια και χημικά στο περιβάλλον ή μεταβολίτες στον ιδρώτα.

Στα πειράματά τους, οι ερευνητές τοποθέτησαν χιαστί δύο νήματα στον σβέρκο ενός ατόμου. Καλυμμένοι με ένα μελάνι-αγωγό του ηλεκτρισμού που έχει βάση τον άνθρακα, οι αισθητήρες ανιχνεύουν την κίνηση όταν κάμπτονται τα νήματα, τεντώνοντάς τα με τρόπους που αλλάζουν το πώς μεταφέρουν τον ηλεκτρισμό. Όταν το υποκείμενο εκτελούσε μια σειρά κινήσεων της κεφαλής, τα σύρματα έστελναν σήματα σε ένα μικρό Bluetooth, το οποίο κατόπιν μετέδιδε ασύρματα τα δεδομένα σε έναν υπολογιστή ή smartphone για ανάλυση.

Η ανάλυση δεδομένων περιλαμβάνει εξελιγμένες προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης για την ερμηνεία των σημάτων και τη μετάφρασή τους, ώστε να γίνεται ποσοτικοποίηση των κινήσεων της κεφαλής σε πραγματικό χρόνο με 93% ακρίβεια. Έτσι, οι αισθητήρες και ο επεξεργαστής ακολουθούν την κίνηση χωρίς τη μεσολάβηση συρμάτων ή ογκωδών συσκευών, και χωρίς του περιορισμούς που επιβάλλουν η χρήση κάμερας ή ο περιορισμός σε ένα δωμάτιο ή σε ένα εργαστήριο.

Αν και θα χρειαστούν εξειδικευμένοι αλγόριθμοι για κάθε σημείο του σώματος, η απόδειξη του εφικτού της ιδέας δείχνει ότι οι νηματοειδείς αισθητήρες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της κίνησης και σε άλλα μέλη, σύμφωνα με τους ερευνητές. Αυτοκόλλητα για το δέρμα ή και εφαρμοστά υφάσματα που περιέχουν τα νήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της κίνησης σε περιβάλλοντα στα οποία οι μετρήσεις έχουν μεγάλη σημασία, όπως σε γήπεδα και στίβους, χώρους εργασίας ή αίθουσες διδασκαλίας. Το γεγονός ότι η χρήση κάμερας δεν είναι απαραίτητη, αυξάνει την προστασία της ιδιωτικότητας.

«Πρόκειται για μια υποσχόμενη επίδειξη του πώς θα μπορούσαμε να φτιάξουμε αισθητήρες που παρακολουθούν την υγεία, τις επιδόσεις και το περιβάλλον μας με διακριτικό τρόπο», λέει ο Yiewn Jiang, προπτυχιακός φοιτητής του Tufts και επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας. «Περισσότερη δουλειά χρειάζεται να γίνει για τη βελτίωση του εμβέλειας και της ακρίβειας των αισθητήρων», προσθέτει.

Άλλοι τύποι αισθητήρων κίνησης που μπορούν να φορεθούν περιλαμβάνουν τριαξονικά γυροσκόπια, επιταχυνσιόμετρα και μαγνητόμετρα για την παρακολούθηση των κινήσεων του υποκειμένου σε σχέση με το περιβάλλον του. Αυτοί οι αισθητήρες βασίζονται σε αδρανειακές μετρήσεις –ποσοτικοποιούν το πώς επιταχύνεται το σώμα, πώς περιστρέφεται, ή πώς κινείται πάνω ή κάτω– και τείνουν να είναι πιο ογκώδεις και άβολοι.

Για περιπτώσεις όπως ο αθλητισμός, οι νηματοειδείς αισθητήρες θα μπορούσαν να αλλάξουν τα δεδομένα. Με την τοποθέτηση λεπτών, σαν τατουάζ αυτοκόλλητων σε διαφορετικές αρθρώσεις, ένας αθλητής θα μπορούσε να φέρει αισθητήρες κίνησης για την παρακολούθηση των κινήσεων και της φυσικής του κατάστασης, ενώ νηματοειδείς αισθητήρες ιδρώτα θα μπορούσαν να παρακολουθούν τους ηλεκτρολύτες και άλλους βιολογικούς δείκτες στον ιδρώτα του.

Ένα αυτοκόλλητο με νηματοειδείς αισθητήρες θα μπορούσε να παρακολουθεί την κόπωση ενός οδηγού στον δρόμο, παρακολουθώντας τις κινήσεις της κεφαλής ενός ανθρώπου που είναι έτοιμος να αποκοιμηθεί, κι έτσι να λειτουργεί προειδοποιητικά.

Η συγκεκριμένη τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να έχει μεγάλο εύρος εφαρμογών στον τομέα της ιατρικής περίθαλψης, επισημαίνει ο Jiang: «Για παράδειγμα, εκείνοι που ερευνούν την νόσο του Πάρκινσον και άλλες νευρομυϊκές παθήσεις θα μπορούσαν επίσης να παρακολουθούν τις κινήσεις των ασθενών στο συνηθισμένο περιβάλλον τους και στην καθημερινή ζωή τους, ώστε να συλλέγουν δεδομένα για την κατάστασή τους και την αποτελεσματικότητα των θεραπειών».