Инженеры из Университета Дьюка разработали беспроводное устройство, которое может неинвазивно измерять жёсткость кожи и тканей на глубине до нескольких сантиметров. Датчик, который меньше смарт-часов, может найти широкое применение в медицине, например для мониторинга заживления ран, лечения хронических заболеваний, таких как рак кожи, контроля объёма жидкости во время реанимации и реабилитации мышц.
После доработки исследователи планируют создать версии технологии, которые можно будет легко интегрировать в спортивную одежду, чтобы получать информацию о работе мышц в режиме реального времени. Это позволит спортсменам оптимизировать тренировки, выявлять усталость до того, как она перерастёт в травму, и корректировать график восстановления. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
«Недавно у меня родился первый ребёнок, и я обнаружила, что могу использовать это устройство для отслеживания выработки молока в режиме реального времени, — рассказала Сяоюэ Ни, доцент кафедры машиностроения и материаловедения в Университете Дьюка. — Никто раньше не создавал подобный монитор жёсткости тканей, поэтому возможности его применения поистине безграничны».
Жесткость тканей — важный показатель во многих медицинских ситуациях. При необходимости врачи используют громоздкие и дорогостоящие ультразвуковые аппараты для проведения таких измерений. Эта информация может быть полезна в самых разных областях — от диагностики рака до восстановления после острых мышечных травм.
Прототип нового устройства выполняет аналогичные функции для тканей на глубине до нескольких сантиметров. В настоящее время размер пластыря сопоставим с размером циферблата часов. Он работает от батареек, которых хватает на пару часов, а при дальнейшем усовершенствовании — на несколько дней. Пластырь поддерживает беспроводную связь с устройствами через Bluetooth и может быть прикреплён к коже в любом месте.
Это похоже на то, как человек ищет в стене гвоздь, чтобы повесить картину. При постукивании по участкам без гвоздей звук получается более низким, чем при постукивании по стене в месте, где есть гвоздь.
Аналогичным образом новая технология измеряет жёсткость тканей, посылая звуковые волны вдоль поверхности тела и улавливая возникающие в результате вибрации. Поскольку более низкие частоты проникают в ткани глубже, чем высокие, устройство работает в диапазоне от 50 герц (примерно как раскаты грома) до 800 герц (похоже на сирену скорой помощи) для измерения на разной глубине. Затем оно разделяет результаты на два слоя, чтобы различать кожу и подлежащие ткани.
«Создание автоматизированного двухуровневого анализа модели и его интеграция в проект системного уровня были самыми сложными задачами, — говорит Чэньхань Ли, автор работы. — Потом нам нужно было придумать, как обрабатывать сигналы в режиме реального времени и проводить большое количество проверочных тестов. На это ушло много времени».
Получив подтверждение концепции, Ни и Ли теперь работают над поиском оптимальных вариантов использования своего изобретения. «Мы представляем себе будущие версии, встроенные прямо в спортивную экипировку, медицинские повязки, повседневную одежду или вспомогательную робототехнику, которые создадут непрерывную "панель здоровья" для скрытых слоёв вашего тела, — сказал Ни. — Их будет так же легко носить, как смарт-часы, но они будут гораздо мощнее».
[Фото: Bill Snead/Duke University]
