L’électronique semblable à la peau pourrait surveiller votre santé en permanence

De nouveaux appareils électroniques portables associés à l’intelligence artificielle pourraient transformer le dépistage des problèmes de santé.

L’électronique flexible et portable fait son chemin dans l’utilisation quotidienne, et son plein potentiel n’est pas encore réalisé. Bientôt, cette technologie pourrait être utilisée pour des capteurs médicaux de précision attachés à la peau, conçus pour effectuer une surveillance et un diagnostic de la santé. Ce serait comme avoir un centre médical de haute technologie à votre entière disposition.

Un tel dispositif semblable à une peau est en cours de développement dans le cadre d’un projet entre le laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) et la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) de l’Université de Chicago. Le projet est dirigé par Sihong Wang, professeur adjoint à UChicago PME avec une nomination conjointe dans la division Nanoscience et technologie d’Argonne.

Portés régulièrement, les futurs appareils électroniques portables pourraient potentiellement détecter d’éventuels problèmes de santé émergents, tels que les maladies cardiaques, le cancer ou la sclérose en plaques, avant même que des symptômes évidents n’apparaissent. L’appareil pourrait également effectuer une analyse personnalisée des données de santé suivies tout en minimisant le besoin de sa transmission sans fil. « Le diagnostic pour les mêmes mesures de santé pourrait différer selon l’âge de la personne, ses antécédents médicaux et d’autres facteurs », a déclaré Wang. « Un tel diagnostic, avec des informations sur la santé recueillies en continu sur une période prolongée, nécessite beaucoup de données. »

Un tel appareil aurait besoin de collecter et de traiter une grande quantité de données, bien au-dessus de ce que même les meilleures montres intelligentes peuvent faire aujourd’hui, et il faudrait que ces données soient traitées avec une très faible consommation d’énergie dans un très petit espace.

Pour répondre à ce besoin, l’équipe a fait appel à l’informatique neuromorphique. Cette technologie d’IA imite le fonctionnement du cerveau en s’entraînant sur des ensembles de données antérieurs et en apprenant de l’expérience. Ses avantages incluent la compatibilité avec les matériaux extensibles, une consommation d’énergie réduite et une vitesse plus rapide que les autres types d’IA.

L’autre défi majeur auquel l’équipe a été confrontée était l’intégration de l’électronique dans un matériau extensible semblable à une peau. Le matériau clé de tout appareil électronique est un semi-conducteur. Dans l’électronique rigide actuelle utilisée dans les téléphones portables et les ordinateurs, il s’agit normalement d’une puce en silicium solide. L’électronique extensible nécessite que le semi-conducteur soit un matériau hautement flexible qui soit toujours capable de conduire l’électricité.

La « puce » neuromorphique ressemblant à de la peau de l’équipe se compose d’un film mince d’un semi-conducteur en plastique combiné à des électrodes de nanofils d’or extensibles. Même étiré à deux fois sa taille normale, leur appareil a fonctionné comme prévu sans formation de fissures.

Dans le cadre d’un test, l’équipe a construit un appareil d’IA et l’a formé pour distinguer les signaux d’électrocardiogramme (ECG) sains de quatre signaux différents indiquant des problèmes de santé. Après l’entraînement, l’appareil était efficace à plus de 95 % pour identifier correctement les signaux ECG.

Le semi-conducteur plastique a également été analysé sur la ligne de faisceau 8-ID-E à l’Advanced Photon Source (APS), une installation utilisateur du DOE Office of Science à Argonne. L’exposition à un faisceau de rayons X intense a révélé comment les molécules qui composent le matériau de l’appareil semblable à la peau se réorganisent en doublant de longueur. Ces résultats ont fourni des informations au niveau moléculaire pour mieux comprendre les propriétés du matériau.

« La mise à niveau prévue de l’APS augmentera la luminosité de ses faisceaux de rayons X jusqu’à 500 fois », a déclaré Joe Strzalka, un physicien d’Argonne. « Nous sommes impatients d’étudier le matériau de l’appareil dans ses conditions de fonctionnement normales, d’interagir avec des particules chargées et de modifier le potentiel électrique dans son environnement. Au lieu d’un instantané, nous aurons plus d’un film de la réponse structurelle du matériau au niveau moléculaire. niveau. » La plus grande luminosité de la ligne de faisceau et de meilleurs détecteurs permettront de mesurer à quel point le matériau devient mou ou dur en réponse aux influences environnementales.

« Bien qu’il nécessite encore des développements supplémentaires sur plusieurs fronts, notre appareil pourrait un jour changer la donne en permettant à chacun d’obtenir son état de santé de manière beaucoup plus efficace et fréquente », a ajouté Wang.

Cette recherche a été publiée dans Question dans un article intitulé « Dispositifs neuromorphiques intrinsèquement extensibles pour le traitement sur le corps des données de santé avec intelligence artificielle ».