Elastyczne tranzystory wpłyną na noszone przez nas ubrania

Organiczne, elastyczne tranzystory umożliwiają przetwarzanie danych bezpośrednio w urządzeniach noszonych na skórze użytkownika.

Rozwój elastycznych tranzystorów organicznych, takich jak organiczne tranzystory elektrochemiczne (OECTs), stanowi przełom w dziedzinie technologii ubieralnych i medycznych. Nowoczesne urządzenia, stworzone na bazie materiałów węglowych, mają zdolność do przenoszenia zarówno ładunków elektrycznych, jak i jonowych. OECTs, dzięki swojej odporności na wilgoć i elastyczności, są idealnym rozwiązaniem dla urządzeń monitorujących sygnały fizjologiczne, takich jak inteligentne zegarki i opaski śledzące stan zdrowia. W szczególności, ich zdolność do działania w trudnych warunkach środowiskowych stawia je wyżej w porównaniu z bardziej sztywnymi i mniej elastycznymi konwencjonalnymi tranzystorami.

Zastosowanie OECTs w technologii ubieralnej niesie ze sobą wiele korzyści. Jak zaznacza Shiming Zhang, współautor badań nad tą technologią, rozwój AI i uczenia maszynowego ma ogromny wpływ na wiele dziedzin, ale jego wykorzystanie w urządzeniach do noszenia jest nadal na wczesnym etapie. Integracja algorytmów uczenia maszynowego bezpośrednio w tych urządzeniach pozwoliłaby na realizację tzw. edge computing, czyli przetwarzania danych na obrzeżach sieci – w miejscu ich generowania. Takie podejście umożliwia szybkie podejmowanie decyzji w czasie rzeczywistym, co jest kluczowe dla zamkniętych systemów diagnostyczno-terapeutycznych, wspieranych przez sztuczną inteligencję.

W artykule opublikowanym w *Nature Electronics* naukowcy z Uniwersytetu w Hongkongu zaprezentowali rozwiązanie, które pozwala na połączenie tych technologii. Urządzenie oparte na elastycznych OECTs jest w stanie nie tylko zbierać dane, ale także je analizować i interpretować, umożliwiając wykonywanie obliczeń na samym urządzeniu, co zapewnia efektywność energetyczną i natychmiastowe reakcje na zmiany fizjologiczne użytkownika.

W przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań, in-sensor edge computing pozwala na przetwarzanie danych bezpośrednio w miejscu ich pozyskiwania. Oznacza to, że w przypadku urządzeń medycznych, np. zegarków monitorujących stan zdrowia, obliczenia nie muszą być przesyłane do zewnętrznych serwerów, co znacznie zmniejsza opóźnienia i zużycie energii. Tego rodzaju rozwiązania są szczególnie ważne w medycynie, gdzie szybka diagnoza i reakcja na zmieniające się parametry zdrowotne mogą mieć kluczowe znaczenie dla pacjenta.

Przykłady podobnych technologii można znaleźć także w innych projektach badawczych. Na przykład, rozwój elastycznych sensorów do noszenia, takich jak elastyczne elektrody do monitorowania pracy serca, stały się podstawą do tworzenia inteligentnych odzieży. Technologia może mierzyć funkcje życiowe użytkownika, takie jak tętno czy oddech, co jest szczególnie przydatne w monitorowaniu sportowców lub pacjentów w domu. Wspólnym mianownikiem tych rozwiązań jest dążenie do maksymalnej elastyczności i komfortu użytkownika, co zwiększa wygodę i dokładność pomiarów.

Systemy przetwarzania danych w urządzeniach ubieralnych, takie jak platforma WISE (Wearable, Intelligent, and Soft Electronics), opracowana przez zespół badawczy Zhang, mają szerokie zastosowanie w medycynie, pomagając w diagnozowaniu i monitorowaniu wielu chorób. Połączenie materiałoznawstwa, elektroniki i sztucznej inteligencji pozwala na tworzenie urządzeń o coraz większej precyzji i elastyczności, co z kolei przekłada się na lepsze wyniki zdrowotne pacjentów.

W miarę jak technologia OECTs będzie się rozwijać, możemy oczekiwać pojawienia się jeszcze bardziej zaawansowanych systemów, które będą w stanie przewidywać i reagować na zmiany fizjologiczne użytkowników. Takie rozwiązania mają potencjał, aby zrewolucjonizować nie tylko medycynę, ale również inne dziedziny, takie jak fitness, rehabilitacja czy monitorowanie zdrowia psychicznego.

Mimo obiecujących rezultatów, wciąż pozostają pewne wyzwania. Jednym z głównych problemów jest zapewnienie odpowiedniej jakości danych wejściowych do trenowania algorytmów sztucznej inteligencji, a także minimalizowanie zakłóceń spowodowanych ruchem ciała użytkownika. Ponadto, optymalizacja algorytmów pod kątem efektywności energetycznej jest kluczowa, aby zapewnić długotrwałe działanie urządzeń bez konieczności częstego ładowania.

Technologia organicznych tranzystorów elektrochemicznych stanowi dużą zmianę w projektowaniu inteligentnych urządzeń ubieralnych, które mogą działać w czasie rzeczywistym i przetwarzać dane bezpośrednio na skórze użytkownika. Już w niedługim czasie możemy obudzić się w teraźniejszości, w której ubrania noszone przez nas posiadają więcej czujników niż nasze smartfony, które obecnie nosimy w swoich kieszeniach.

Szymon Ślubowski