芝加哥大學研發可延展計算貼片 具 99.6%準確度即時分析心臟病徵

芝加哥大學的研究團隊已開發出一種可伸縮的計算貼片，能夠在毫秒內直接處理健康數據，無需將信息傳送至外部伺服器進行分析。這種類似皮膚的設備利用有機電化學晶體管陣列進行類神經計算，同時保持足夠的靈活性，可以隨著人體組織彎曲和延展。研究人員表示，這項技術最終可能為更智能的可穿戴和植入式醫療設備提供動力，這些設備能夠做出幾乎即時的決策。與傳統可穿戴設備將數據傳輸到其他地方進行處理不同，這一新系統能夠在本地分析信息。

研究人員認為，這在醫療緊急情況下至關重要，因為即使幾秒鐘的延誤也可能造成影響。

可伸縮計算貼片在心臟健康監測中的應用

為了展示其能力，研究團隊使用與心室顫動相關的心臟映射數據對該設備進行測試，心室顫動是一種危險的心律失常，如不及時治療可能致命。這種可伸縮的晶片陣列能夠以 99.6%的準確率識別心臟中的異常電波，即便在拉伸至原長度的 1.5 倍以上時亦然。這項工作解決了可穿戴電子設備中一個重要挑戰：在像人類皮膚一樣彎曲的情況下構建穩定的計算硬件。研究人員利用有機電化學晶體管製造該設備，這些晶體管通過電流和穿過類膠電解質層的離子來處理信號。

電解質還賦予晶體管類似記憶的特性，使其能夠隨時間保留信息。

研究團隊致力於提升可穿戴技術的智能化

然而，由於柔軟的電解質材料可以像液體一樣擴散並造成短路，因此在高密度下製造這類系統顯得困難。傳統的晶片製造方法也存在損壞柔性表面的風險。研究團隊通過工程設計一種聚合物凝膠，當暴露於紫外光下能夠硬化成精確的圖案，來解決這一問題。這一過程使得在可伸縮表面上大約能夠製造每平方釐米約 10,000 個晶體管。“我們需要問的是，是否可以利用或改變這些聚合物的特性，使其與光刻技術相容——這是微電子行業使用的主要圖案化方法，”芝加哥大學分子工程副教授及研究共同作者王思宏表示。

研究人員指出，該硬件旨在支持類神經計算，即電子系統模仿人類大腦的一些功能。團隊還在設備中測試了一個嵌入的神經網絡，以利用個人健康信息評估心臟病發作的風險，包括膽固醇水平、血糖、心電圖讀數和最大心率。該系統在測試中達到 83.5%的準確率。研究人員表示，這項技術最終可能支持可穿戴系統，不僅能感知健康狀況，還能在人體上直接分析和回應。“這是一種不切實際的情況，無法進行遠程計算。

這樣耗時太長，”王表示。“但如果你有一個可以在體內進行分析的計算設備，那是有可能的。”王的團隊目前正致力於將計算晶片與可伸縮的無線通信系統和改進的傳感器整合，創建完全連接的、與人體相容的健康平台。“我們不需要將數據發送到遠程伺服器，而是可以在生命發生的地方直接開始理解它，”阿根國家實驗室計算機科學家及研究共同作者夏芳芳表示。該研究已發表於《自然電子學》期刊。