Разработчики 3D-печати персонализированных беспроводных носимых устройств, которые никогда не нуждаются в подзарядке

Инженеры Университета Аризоны разработали носимые устройства, которые они называют «биосимбиотическими устройствами», которые обладают рядом беспрецедентных преимуществ. Устройства не только напечатаны на 3D-принтере и основаны на сканировании тела пользователей, но и могут работать непрерывно, используя комбинацию беспроводной передачи энергии и компактного накопителя энергии. Команда, возглавляемая Филиппом Гутруфом, доцентом кафедры биомедицинской инженерии и научным сотрудником факультета Крейга М. Берджа инженерного колледжа, опубликовала свои выводы сегодня в журнале. Достижения науки.

«Нет ничего подобного», — сказал Гутруф, член университетского института BIO5. «Мы представляем совершенно новую концепцию адаптации устройства непосредственно к человеку и использования беспроводной передачи энергии, чтобы устройство могло работать 24/7 без необходимости подзарядки».

Custom Fit обеспечивает точный мониторинг

Современные носимые датчики сталкиваются с различными ограничениями. Умные часы, например, необходимо заряжать, и они могут собирать только ограниченные объемы данных из-за их размещения на запястье. Используя 3D-сканирование тела пользователя, которое можно получить с помощью таких методов, как МРТ, компьютерная томография и даже тщательно скомбинированные изображения смартфона, Гутруф и его команда могут печатать на 3D-принтере индивидуально подогнанные устройства, которые охватывают различные части тела. Представьте себе практически незаметные, легкие, дышащие сетчатые манжеты, разработанные специально для вашего бицепса, икры или торса. Возможность специализированного размещения датчиков позволяет исследователям измерять физиологические параметры, которые в противном случае они не смогли бы.

«Например, если вы хотите, чтобы температура была близка к внутренней температуре тела, вам нужно разместить датчик в подмышечной впадине. Или, если вы хотите измерить, как деформируется ваш бицепс во время упражнений, мы можем разместить датчик в устройствах, которые могут это сделать », — сказал Такер Стюарт, докторант в области биомедицинской инженерии и первый автор статьи. «Благодаря тому, как мы производим устройство и прикрепляем его к телу, мы можем использовать его для сбора данных, которые традиционное носимое устройство на запястье не сможет собрать».

Инженеры Университета Аризоны разработали способ 3D-печати носимых устройств медицинского уровня, таких как этот, на основе сканированных изображений тела пользователя. Предоставлено: Лаборатория Гутруфа / Университет Аризоны.

Поскольку эти биосимбиотические устройства настраиваются индивидуально для пользователя, они также очень чувствительны. Команда Гутруфа проверила способность устройства контролировать параметры, включая температуру и напряжение, когда человек прыгал, ходил по беговой дорожке и использовал гребной тренажер. В тесте на гребном тренажере испытуемые носили несколько устройств, отслеживая интенсивность упражнений и способ деформации мышц с мельчайшими подробностями. Устройства были достаточно точными, чтобы обнаруживать изменения температуры тела, вызванные подъемом по лестнице.

Непрерывный, беспроводной и легкий

Гутруф и его команда не первые, кто адаптировал носимые устройства для отслеживания здоровья и функций организма. Однако современные носимые устройства не имеют возможности отслеживать показатели непрерывно или с достаточной точностью, чтобы делать значимые с медицинской точки зрения выводы.

Некоторые носимые устройства, используемые исследователями, представляют собой пятна, которые прилипают к коже, но они отрываются, когда кожа проходит нормальный процесс шелушения, или иногда, когда объект потеет. С этими проблемами сталкиваются даже очень сложные носимые устройства, используемые в клинических условиях, например мониторы ЭКГ. Кроме того, они не беспроводные, что сильно ограничивает мобильность. Пациенты не могут заниматься своими повседневными делами, если они привязаны к громоздким внешним устройствам.

Биосимбиотическое устройство, которое представила команда Гутруфа, не использует клея и получает питание от беспроводной системы с радиусом действия несколько метров. Устройство также включает в себя небольшой накопитель энергии, поэтому он будет работать, даже если владелец выходит из зоны действия системы, в том числе из дома.

«Эти устройства не требуют взаимодействия с владельцем», — сказал Гутруф. «Это так же просто, как надеть устройство. Тогда вы забываете об этом, и он делает свое дело ».