يقوم العلماء بإنشاء رقعة جلدية تعمل بالذكاء الاصطناعي تعمل كطبيب شخصي فوري

طور الباحثون رقعة حوسبة مرنة تعمل بالذكاء الاصطناعي والتي تحلل البيانات الصحية مباشرة على الجسم، مما يتيح رؤى طبية شبه فورية ومراقبة دقيقة للغاية للقلب.

الباحثون في جامعة شيكاغو مدرسة بريتزكر للهندسة الجزيئية (UChicago PME) لقد أنشأوا رقعة حاسوبية تشبه الجلد يمكنها معالجة البيانات الصحية باستخدام الذكاء الاصطناعي مباشرة على الجسم. وعلى عكس الأجهزة التقليدية القابلة للارتداء، يقوم التصحيح بإجراء حسابات الذكاء الاصطناعي في أجزاء من الثانية دون الحاجة إلى إرسال معلومات عبر اتصال لاسلكي.

يمكن لمعظم الساعات الذكية مراقبة مقاييس مثل معدل ضربات القلب والحركة، ولكن تحليل البيانات الفعلي يتم على خوادم خارجية. يمكن أن يكون هذا التأخير مشكلة في الحالات التي يكون فيها كل ميلي ثانية مهمًا، مثل اكتشاف الرجفان البطيني، وهو اضطراب في ضربات القلب يهدد الحياة.

تم تطوير الجهاز الجديد واختباره بالتعاون مع الباحثين في مختبر أرجون الوطني، بفضل تقنيات التصنيع التي تسمح بطباعة الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية على مواد مرنة.

وقال سيهونغ وانغ، الأستاذ المساعد في الهندسة الجزيئية في جامعة شيكاغو PME والمؤلف الرئيسي المشارك للدراسة الجديدة، التي نشرت في مجلة UChicago PME: “المستقبل الذي نحاول تحقيقه هو جعل الأجهزة القابلة للارتداء والقابلة للزرع أكثر ذكاءً”. إلكترونيات الطبيعة. “إنها تساعد الأشخاص في الحصول على طبيب شخصي وفوري مدمج في أجهزتهم.”

الحوسبة العصبية القابلة للتمدد للأنسجة البشرية

أمضى مختبر وانغ سنوات في تطوير المكونات الإلكترونية التي يمكن أن تتمدد وتنثني مثل جلد الإنسان، بهدف إنشاء أجهزة ذكية يمكنها الارتباط مباشرة بالأنسجة البيولوجية. وشملت الإنجازات السابقة صفائف الترانزستور القابلة للتمدد و شاشة OLED قابلة للتمدد.

في هذا المشروع، يهدف الباحثون إلى بناء دائرة حوسبة عصبية قابلة للتمدد، وهي شبكة كبيرة من الترانزستورات القادرة على تحليل المعلومات الصحية. دراسات سابقة وقد أظهر أن الفكرة يمكن أن تعمل مع عدد محدود من الترانزستورات، ولكن توسيع نطاقها إلى نظام عملي لا يزال يمثل تحديًا.

تحاكي الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية المشابك الدماغية

اختار الفريق ترانزستورات كهروكيميائية عضوية، تعمل بشكل مختلف عن الترانزستورات الموجودة في رقائق الكمبيوتر التقليدية. تقوم هذه الأجهزة بمعالجة المعلومات من خلال التيارات الكهربائية وحركة الأيونات داخل طبقة إلكتروليت تشبه الهلام. نظرًا لأن الإلكتروليت يمكنه الاحتفاظ بالمعلومات بمرور الوقت، فإن كل ترانزستور لديه ذاكرته الخاصة بشكل فعال، على غرار الطريقة التي تقوى بها نقاط الاشتباك العصبي في الدماغ أو تضعف لتخزين الأنماط المكتسبة.

لم يكن بناء هذه الأجهزة أمرًا سهلاً. الركيزة المرنة حساسة للحرارة والمذيبات، مما يجعل طرق تصنيع الرقائق القياسية غير مناسبة. يميل الإلكتروليت الهلامي أيضًا إلى التدفق مثل السائل، مما يسمح للأجهزة المجاورة بالاندماج وربما إنشاء دوائر قصيرة.

وقال وانغ: “ما كان علينا أن نسأله هو ما إذا كان بإمكاننا استخدام أو تغيير خصائص هذه البوليمرات لجعلها متوافقة مع الطباعة الحجرية الضوئية – وهي طريقة الزخرفة الرئيسية المستخدمة في صناعة الإلكترونيات الدقيقة”.

طريقة تصنيع متطورة تعمل على قياس الإلكترونيات المرنة

للتغلب على هذه العوائق، طور الباحثون هلام بوليمر يتصلب إلى هياكل دقيقة عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية. تسمح هذه التقنية بتصنيع ما يصل إلى 10000 ترانزستور كهروكيميائي عضوي لكل سنتيمتر مربع (حوالي 64500 لكل بوصة مربعة).

قال زيكسوان تشاو، طالب الدراسات العليا في جامعة شيكاغو والمؤلف الأول المشارك للدراسة: “كعلماء كمبيوتر، اعتدنا على التفكير في وزن الشبكة العصبية على أنه مجرد رقم”. “في الأجهزة، إنها مادة – ذات تنوع وتاريخ وحدود مادية. وكان التحدي يتمثل في وضع هذه القيود في الاعتبار والاستمرار في الحساب بدقة كافية لجعل الأمر مهمًا.”

رسم خرائط إيقاع القلب في الوقت الحقيقي بالمللي ثانية

ولتقييم هذه التقنية، استخدم الفريق مجموعة ترانزستورات قابلة للتمدد لتشغيل خوارزمية مُدربة مسبقًا مصممة لدعم علاج الرجفان البطيني. تسبب هذه الحالة الخطيرة نشاطًا كهربائيًا فوضويًا في القلب ويمكن أن تكون قاتلة. يعتمد العلاج الحالي غالبًا على توجيه صدمة قوية للقلب بأكمله، لكن الباحثين اقترحوا نهجًا أكثر استهدافًا يتتبع الموجات الكهربائية غير الطبيعية ويطبق نبضات تصحيحية صغيرة قبل انتشار الموجات.

التحدي هو السرعة. تتحرك هذه الموجات الكهربائية عبر القلب بسرعة كبيرة بحيث يجب إكمال التحليل خلال أجزاء من الثانية، مما يجعل المعالجة عن بعد غير عملية.

وقال وانغ: “هذا هو الوضع الذي لا يكون فيه من الممكن استخدام الحوسبة عن بعد. فالأمر يستغرق وقتًا طويلاً للغاية”. “ولكن إذا كان لديك جهاز حاسوبي يمكنه إجراء التحليل داخل الجسم، فقد يكون ذلك ممكنًا.”

دقة عالية في التنبؤ بالمخاطر الصحية على الجسم

باستخدام بيانات رسم خرائط القلب من قلب بشري تم التبرع به، أثبت الباحثون أن المصفوفة القابلة للتمدد يمكنها تحديد مواقع واجهة الموجة بنسبة 99.6%. دقة، حتى عند تمديدها إلى أكثر من مرة ونصف طولها الأصلي.

وفي اختبار آخر، قامت شبكة عصبية مشفرة داخل المصفوفة بتحليل العلامات الحيوية والمعلومات الصحية الشخصية، بما في ذلك مستويات الكوليسترول، وسكر الدم، والحد الأقصى لمعدل ضربات القلب، وقياسات تخطيط القلب، لتقدير خطر الإصابة بالنوبات القلبية. حقق النظام نسبة دقة بلغت 83.5%.

يعتقد وانغ أن مجموعة الحوسبة يمكن أن تصبح جزءًا من منصة مراقبة صحية متكاملة تمامًا. ويعمل فريقه الآن على الجمع بين هذه التكنولوجيا وأنظمة الاتصالات اللاسلكية القابلة للتمدد وأجهزة الاستشعار الأكثر تقدمًا، وإنشاء أجهزة يمكنها جمع البيانات الصحية وتحليلها والاستجابة لها في الوقت الفعلي.

قال فانغفانغ شيا، عالم الكمبيوتر في مختبر أرجون الوطني والمؤلف الرئيسي المشارك للدراسة: “بدلاً من إرسال البيانات بعيدًا إلى خادم بعيد، يمكننا أن نبدأ في فهمها في المكان الذي تحدث فيه الحياة”.

المرجع: “دائرة عصبية واسعة النطاق قابلة للتمدد لحوسبة حافة الجسم” بقلم Songsong Li، Zixuan Zhao، Max Weires، Shiyu Hu، Yang Li، Lingfeng Tang، Shilei Dai، Yahao Dai، Youdi Liu، Nan Li، Wei Liu، Naisong Shan، Junyi Yin، Xiaoao Shi، Sean Sutyak، Cheng Zhang، Jie Xu، Junhong Chen، Yuepeng Zhang، Igor. ر. إيفيموف، فانغفانغ شيا وسيهونغ وانغ، 20 مايو 2026، إلكترونيات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41928-026-01639-8

تم دعم هذا العمل والباحثين المشاركين من قبل مكتب الولايات المتحدة للأبحاث البحرية (N00014-21-1- 2266، N00014-21-1-2581)، ومبادرة فرقة العمل المشتركة بجامعة شيكاغو، و المعاهد الوطنية للصحة (1DP2EB034563، R01-HL141470، R01 HL165002)، مختبر أرجون الوطني، وزارة الطاقة الأمريكية (DE-AC02-06CH11357، DE‐SC0014664)، ومؤسسة ليدوك، وCZ Biohub.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.