Sensori wireless che si attaccano alla pelle per monitorare la nostra salute

Pubblicato da Università di Stanford in CURIOSITA' · 10 Settembre 2019
Tags: ricerche, biomediche, novità, per, la, salute, futuro, della, medicina

Tendiamo a dare per scontata la funzione protettiva della nostra pelle, ignorando i suoi altri ruoli nel segnalare sottigliezze come un cuore svolazzante o una vampata di imbarazzo.

Ora, gli 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 di un soggetto del test per monitorare il polso e la respirazione della persona, rilevando come la loro pelle si allungava 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 il serraggio o il rilassamento della pelle ogni volta che il muscolo corrispondente si fletteva.

Zhenan Bao, il professore di ingegneria chimica il cui laboratorio ha descritto il sistema in un articolo del 15 agosto su Nature Electronics , pensa che questa tecnologia indossabile, che chiamano 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 array di sensori cutanei per tutto il corpo per raccogliere dati fisiologici senza interferire con il normale comportamento di una persona", ha affermato Bao, che è anche professore di KK Lee presso la School of Engineering.

Estensibile, comodo, funzionale

Gli studiosi post dottorato Simiao Niu e Naoji Matsuhisa hanno guidato il team di 14 persone che ha trascorso tre anni a progettare i sensori. Il loro obiettivo era sviluppare una tecnologia che fosse comoda da indossare e che non avesse batterie o circuiti rigidi per impedire agli adesivi di allungarsi e contrarsi con la pelle.

La loro eventuale 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 usa 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 ricevitore vicino.

Ma per far funzionare l'adesivo wireless, i ricercatori hanno dovuto creare un'antenna che potesse 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 oscillazioni. 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 sensori 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'allenamento, le antenne dovrebbero essere tessute nei vestiti per ricevere e trasmettere segnali indipendentemente da dove una persona attacca un sensore