Eletrônicos semelhantes à pele podem se integrar perfeitamente ao corpo para aplicações em monitoramento de saúde, terapia medicamentosa, dispositivos médicos implantáveis ​​e estudos biológicos.
Com a ajuda do Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation, Sihong Wang, professor assistente de engenharia molecular na Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago, garantiu patentes para os blocos de construção desses novos dispositivos.

Com base na inovação nos campos da física de semicondutores, mecânica dos sólidos e ciências da energia, este trabalho inclui a criação de semicondutores de polímeros elásticos e matrizes de transistores, que proporcionam desempenho elétrico excepcional, altas propriedades semicondutoras e elasticidade mecânica. Além disso, Wang desenvolveu nanogeradores triboelétricos como uma nova tecnologia para coletar energia do movimento de um usuário – e projetou o processo de armazenamento de energia associado.

O objetivo é combinar esses avanços para desenvolver dispositivos que possam ser aderidos à pele de um usuário ou dentro do corpo para detectar sinais vitais em tempo real "muito mais" efetivamente do que as opções disponíveis atualmente, disse Wang, acrescentando que este trabalho está entre os áreas de progresso mais rápido em ciência de materiais e engenharia eletrônica.

“Na última década, essa direção geral de desenvolvimento de eletrônicos que podem trabalhar mais intimamente com o corpo humano realmente atraiu muita atenção da academia e da indústria”, disse Wang. "Porque as pessoas viram a grande lacuna e também a grande oportunidade aqui de ter os eletrônicos que funcionam para o corpo humano de uma maneira mais íntima."

Aproveitando esta oportunidade, Wang está levando sua pesquisa em várias direções. "Criamos uma nova estrutura e registramos uma patente por meio da Polsky com base em nossos desenvolvimentos para um novo tipo de sensor de pressão, que pode esticar de forma semelhante à pele, mas não tem uma mudança no desempenho", explicou Wang.

Trabalhando com os colegas Stacy Lindau, MD, MA, professor de obstetrícia e ginecologia e medicina-geriatria e diretor de um laboratório de pesquisa na Divisão de Ciências Biológicas, e Sliman Bensmaia, James e Karen Frank Family Professor of Organismal Biology and Anatomy, Wang é usando esse sensor para criar um sistema neuroprotético que seria implantado sob a pele de pacientes mastectomizadas. Chamado de Bionic Breast Project, o objetivo é restaurar a sensação na área da mama.

"Tais sensores podem funcionar de forma semelhante aos receptores de detecção na mama para detectar contato/movimento físico, convertendo-o em um sinal elétrico", disse Wang.

Esses sensores também podem ser usados ​​para desenvolver a chamada pele eletrônica para robótica suave, dando-lhes a capacidade de sentir e perceber de novas maneiras. Nos próximos cinco anos, no entanto, Wang disse que espera que as aplicações mais imediatas desse trabalho sejam para um dispositivo que extraia vários tipos de sinais do corpo, como pulso e pressão arterial. E eles estão fazendo exatamente isso.

Olhando para o futuro, o objetivo é detectar sinais de diferentes biomarcadores no suor.

"Na prática médica atual, a única maneira de obter um painel de informações bioquímicas é por meio de um exame de sangue, que não é apenas invasivo, mas não instantâneo", observou Wang. “Isso seria outro grande divisor de águas para a maneira como todos podem obter seu estado de saúde de maneira muito mais eficaz e frequente”. Wang publicou recentemente os dois primeiros trabalhos delineando a estratégia para obter biossensores elásticos com alta sensibilidade e seletividade.

Telas esticáveis ​​e processamento de dados no corpo com IA

Outro componente crítico de dispositivos semelhantes a pele é uma tela flexível para se comunicar com os usuários. Para isso, Wang e seu grupo desenvolveram outro importante novo tipo de material:os polímeros eletroluminescentes. Altamente eficiente, o polímero emite luz brilhante e mantém o desempenho enquanto esticado.

Completando o trabalho, a equipe também está explorando a combinação dos dispositivos com inteligência artificial (IA).

“Pensamos que no futuro, o sucesso dos dispositivos vestíveis estará em sua capacidade de extrair e monitorar continuamente informações de saúde do corpo humano”, disse Wang. "Então os dados gerados serão realmente 'big data' em comparação com agora, tendo apenas instantâneos de um relatório de teste."

Tal como acontece com todos os conjuntos de dados, a próxima questão é como analisar e extrair informações úteis de saúde de forma eficaz e com alto rendimento.

“Estamos tentando desenvolver um novo tipo de dispositivo e plataforma de computação que possa implementar de maneira realmente eficiente IA ou algoritmo de aprendizado de máquina diretamente na pele ou no corpo, sem depender de deslocamento ou transmissão de informações sem fio para um local de computação central, como a nuvem”. explicou Wang. "A análise pode ser muito mais rápida e você não corre o risco de perder informações de saúde muito particulares dessas transmissões sem fio".

A plataforma de computação baseada em semicondutores é um "computador de rede neural", inspirado no funcionamento do cérebro.

"Em última análise, podemos ajudar a alcançar a medicina de precisão", disse Wang. "Para cada indivíduo, os dados que o dispositivo coleta podem ser analisados ​​por meio de um programa personalizado que fornece as coisas mais úteis e eficazes para fazer, fornecendo uma intervenção em circuito fechado para controlar sua saúde".

Eventualmente, o objetivo é criar algo que imite o cérebro humano não apenas nas propriedades mecânicas, mas também na maneira como ele funciona e opera. “No geral, até agora a IA tem sido mais um escopo de pesquisa em ciência da computação”, disse Wang. “Mas para nós, cientistas de materiais, estamos trabalhando nisso de um ângulo diferente”.

A pesquisa aparece em Materiais Avançados e Matéria . + Explorar mais

Dispositivo de computação flexível parece pele, mas analisa dados de saúde com inteligência artificial que imita o cérebro