Znajdź zawartość

Epidermalny system elektroniczny (EES - epidermal electronic system) to nowa klasa urządzeń mikroelektronicznych, które pozwalają łatwo i bez zbędnych uciążliwości monitorować funkcje mózgu, serca i mięśni. EES to efekt współpracy uczonych z USA, Chin i Singapuru. Naszym celem było opracowanie elektroniki, którą będzie można zintegrować ze skórą w taki sposób, by była ona fizjologicznie i mechanicznie nieodczuwalna dla użytkownika. Znaleźliśmy rozwiązanie, które ma takie właściwości fizyczne, iż pasuje do skóry. To technologia, która zaciera granice pomiędzy elektroniką a biologią - mówi John Rogers, profesor z University of Illinois. EES ma grubość nie przekraczającą 50 mikrometrów, a cała elektronika jest zintegrowana na tworzywie sztucznym podobnym do tego, jakie jest używane w zmywalnych tatuażach. Urządzenie jest tak cienkie, że po przyłożeniu do skóry pojawiają się oddziaływania van der Waalsa, dzięki czemu EES można umieścić na skórze bez pośrednictwa kleju, a urządzenie pozostajena miejscu przez wiele godzin. Testy wykazały, że w idealnych warunkach może być przyczepione do skóry nawet przez całą dobę. Dzięki temu możliwe będzie monitorowanie tych obszarów ciała, które były dotychczas trudno dostępne, np. gardła. Pozwoli to np. na monitoring pracy mięśni podczas mówienia. Dotychczas przyczepianie do gardła czujników i pozostawianie ich przez dłuższy czas było poważnym problemem. Już zresztą przeprowadzono odpowiednie eksperymenty z monitorowaniem mięśni gardła. Dzięki EES osiągnięto 90-procentową trafność w odróżnianiu poszczególnych słów na podstawie pracy mięśni oraz sterowania interfejsem gry za pomocą głosu. To urządzenie może być pomocne osobom cierpiącym na różne schorzenia gardła. Może też stać się w przyszłości podstawą do stworzenia systemu komunikacji głosowej, która będzie niesłyszalna dla osób postronnych - mówi Rogers. EES to wynik sześcioletniej współpracy pomiędzy Rogersem a inżynierem Yonggangiem Huangiem z Norhtwestern University. Wcześniej obaj panowie pracowali nad elektroniką, która może przyjmować złożone kształty. Ta praca to dopiero początek. Będziemy skupiali się na rozwoju komunikacji bezprzewodowej i opracowaniu doskonalszych źródeł energii dla EES, takich jak baterie, kondensatory czy systemy zbierania energii mechanicznej, które mają dopełnić zaprezentowane systemy indukcyjne i słoneczne - dodaje profesor Rogers.

Po dekadzie przygotowań w USA ruszy pierwszy program monitoringu środowiska obejmujący cały kraj. Monitoring w skali kontynentu da znacznie lepsze pojęci o tym, co dzieje się w przyrodzie niż obecnie stosowane monitorowanie niewielkich wycinków i składanie z nich całego obrazu. National Ecological Observatory Network (NEON) będzie składał się z 20 podstawowych stacji badawczych rozmieszczonych w różnych ekosystemach oraz sieci stacji mobilnych, umieszczanych w różnych regionach w zależności od zapotrzebowania na dane. Program NEON będzie działał przez co najmniej 30 lat. W jego ramach powstanie najbardziej kompletna gigantyczna baza danych, z których będzie można się np. dowiedzieć, w jaki sposób globalne ocieplnie, zanieczyszczenia czy rolnictwo wpływają na ekosystem całych Stanów Zjednoczonych. NEON to próba zrozumienia biologii całego kontynentu, a nie konkretnego miejsca - mówi David Schmiel, dyrektor ds. naukowych NEONA. Dotychczas na rozwój rozwój infrastruktury, planowanie i budowę odpowiednich narzędzi badawczych przeznaczono 80 milionów dolarów. Teraz usunięto ostatnią przeszkodę na drodze do rozpoczęcia działań. NEON, który będzie zarządzany przez niezależną organizację, NEON Inc., otrzymał z Narodowej Fundacji Nauki promesę przyznania 434 milionów dolarów w ciągu najbliższych 10 lat. Jeszcze w bieżącym roku na działanie NEONA zostanie wydanych 12,5 miliona USD. W ramach programu zatrudniono 140 osób, w tym 60 naukowców i inżynierów. Budowa pierwszych stacji badawczych ruszy zatem jeszcze w bieżącym roku. Pierwsze dane, pochodzące z czujników umieszczanych w strumieniach czy zakopywanych w ziemi, będą dostępne w przyszłym roku. NEON ma pracować pełną parą do roku 2016. Sandy Adelman z Conservation International mówi, że rozpoczęcie pracy nad NEONEM to olbrzymi krok naprzód. Zauważa jednak, że obecnie niewielu specjalistów potrafi odpowiednio zarządzać i używać tak olbrzymimi zestawami danych środowiskowych, jakie dostarczy projekt. Jej zdaniem przetworzenie tych informacji będzie poważnym wyzwaniem. Dane będą dostarczane przez około 15 000 czujników i będą one należały do 500 różnych kategorii informacji - od danych o koncentracji ozonu w powietrzu, po informacje o azocie w liściach czy w wodzie. Naukowcy zbiorą dziesiątki tysięcy próbek wody, powietrza, roślin czy zwierząt. Na potrzeby NEON będą pracowały też satelity. Do projektu zaczynają również przekonywać się ci naukowcy, którzy przez lata pozostawali wobec niego sceptyczni. Steven Wofsy, chemik z Harvard University sądził, że NEON zgromadzi olbrzymią liczbę danych o niewielkiej wartości naukowej. Teraz zaczyna doceniać twórców NEONA za to, że zaprosili do rady naukowej projektu wielu jego krytyków, co powinno pozwolić na obiektywną ocenę jego pracy. Wofsy nadal jest sceptycznie nastawiony wobec olbrzymich projektów, ale jego zdaniem twórcy NEONA bardzo dobrze identyfikują problemy, na której chcą zanaleźć odpowiedź. Jeśli im się uda, to będziemy mieli dobre podstawy do rozważenia ważnych ekologicznych pytań. Jednak naukowcy, którzy będą chcieli zmierzyć się z tymi problemami, będą musieli nauczyć się, jak postępować z uzyskanymi danymi - mówi Wofsy.

Ming-Zher Poh, który w ramach studiów podyplomowych bierze udział w pracach Harvard-MIT Health Sciences and Technology wpadł na pomysł wykorzystania lustra do monitorowania pulsu, oddechu i ciśnienia krwi. Student chce wykorzystać fakt, że każdy z nas posiada w domu lustro i przekonuje, że dane dotyczące podstawowych funkcji organizmu można pobrać zdalnie, bez konieczności przyczepiania do ciała jakichkolwiek czujników. Jego pomysł polega na połączeniu lustra ze zwykłą kamerą internetową. Rejestruje ona postać stojącą przed lustrem, a dane przekazywane są do komputera. Tam odpowiednie oprogramowanie rozpoznaje twarz i mierzy niewielkie różnice w jasności wywoływane przepływem krwi. Pomaga w tym rozbicie obrazu na składowe RGB. Poh uważa, że takie nieinwazyjne pomiary przydadzą się zarówno w telemedycynie jak i w badaniach np. noworodków. A lustro w naszym domu mogłoby codziennie przeprowadzać badania i np. wyświetlać w rogu ich wyniki. Wstępne testy wykazały, że pomysł może zadziałać. Puls mierzony za pomocą kamery porównano z pomiarami wykonanymi przez profesjonalne urządzenie przeznaczone do tego celu. Różnica wynosiła zaledwie 3 uderzenie na minutę. Dużym wyzwaniem jest wykonywanie pomiarów u poruszającego się człowieka lub w zmieniającym się oświetleniu. Eksperymenty udowodniły, że niewielkie ruchy nie przeszkadzają w pomiarach. Ponadto okazało się, że możliwe jest jednoczesne rozpoznawanie i wykonywanie pomiarów dla trzech osób stojących przed kamerą. Wykorzystanie fotografii do tego typu pomiarów nie jest nowym pomysłem, jednak Poh zrobił to w wyjątkowo sprytny sposób. Fokko Wieringa, który już w 2005 roku opublikował artykuł na temat wykrywania pulsu za pomocą fotografii stwierdził, że bardzo ekscytujący w nowej metodzie jest fakt, że można skupić się na konkretnym miejscu twarzy i śledzić je (uzyskując w ten sposób tolerancję na ruchy wykonywane przez człowieka) oraz sprytna metoda przetwarzania danych. Uzyskana dzięki niej jakość sygnału pozwala na używanie taniej prostej kamery, nawet do badania umiarkowanie poruszających się osób. Możliwość jednoczesnego badania kilku osób również jest czymś nowym. W bardzo oryginalny sposób połączono tutaj kilka nowych rzeczy. Poh pracuje też nad rozszerzeniem swojej technologii o możliwość zdalnego mierzenia saturacji. http://www.youtube.com/watch?v=LyWnvAWEbWE

Diabetycy dysponują coraz bardziej rozbudowanym wachlarzem metod kontrolowania swojej choroby. Ostatnio badacze z Uniwersytetu Tokijskiego i BEANS Research Institute opracowali wszczepialne monitory fluorescencyjne, które reagują na stężenie glukozy we krwi. Od tego zależy intensywność świecenia hydrożelowych Fasolek Życia (Life Beans). Wynalazek Japończyków eliminuje nakłuwanie skóry, by posłużyć się glukometrem, w dodatku zapewnia całodobowy monitoring. Słowo Beans odwołuje się nie tylko do kształtu urządzenia, ale stanowi również skrót od pełnej jego nazwy: Bioelectrical Mechanical Autonomous Nano Systems. Na razie przeprowadzano badania na modelu zwierzęcym. Kiedy wszczepiliśmy kulkę w ucho myszy, byliśmy w stanie zmierzyć, jak zmieniała się intensywność świecenia w czasie wahania poziomu cukru we krwi. Naukowcy z Kraju Kwitnącej Wiśni dodają, że stężenie glukozy rośnie i spada, nim pacjent się spostrzeże, np. podczas snu, gimnastyki czy jedzenia. Ciągły monitoring sprawia, że można ludzi zawiadomić za pomocą sygnału alarmowego, że są zagrożeni hiper- lub hipoglikemią [niedocukrzeniem]. Akademicy zastanawiają się, jak długo po wszczepieniu koraliki mogą spełniać swoją funkcję. Kiedy w organizmie pojawia się obcy obiekt, przylegają do niego białka, które działają jak filtr, obniżając intensywność świecenia. Jak widać, trzeba jeszcze popracować nad technologią zapobiegającą adsorpcji protein. Druga sprawa to zbudowanie takiego systemu pomiaru, który nie absorbowałby chorego, a to, wg Japończyków, kwestia 5, a nawet 10 lat.

Biopsja tkanki nowotworowej może dostarczyć wielu cennych informacji. Niestety, uzyskujemy w ten sposób wyłącznie dane na temat bieżącego stanu guza. Problem ten może zostać rozwiązany dzięki najnowszemu wynalazkowi opracowanemu w MIT. Praca tego urządzenia jest jak umieszczenie laboratorium w ciele pacjenta, opisuje prof. Michael Cima, szef zespołu pracującego nad prototypem wynalazku. Zadaniem pierwszej wersji aparatu jest pomiar stężenia gonadotropiny kosmówkowej - hormonu, którego poziom we krwi wzrasta w niektórych przypadkach choroby nowotworowej. Innowacyjny produkt działa w oparciu o aktywne magnetycznie nanocząsteczki opłaszczone przeciwciałami swoistymi dla gonadotropiny kosmówkowej. Znajdują się one we wnętrzu cylindrycznej polietylenowej komory o średnicy 5 mm. W ścianach naczynka znajdują się otwory, których rozmiar został dobrany tak, by umożliwić przenikanie poszukiwanego hormonu, lecz nie pozwolić na ucieczkę nośnika przeciwciał. Jeżeli w okolicy implantu wytwarzana jest gonadotropina kosmówkowa, przenika ona do wnętrza komory i jest wiązana przez przeciwciała. A ponieważ wiele cząsteczek przeciwciał "rywalizuje" o przyłączenie pojedynczej molekuły hormonu, po pewnym czasie tworzą one zbitą strukturę, widoczną podczas badania techniką rezonansu magnetycznego. Jeżeli do związania poszukiwanej substancji nie dojdzie, nanocząsteczki pozostają rozproszone i niewidoczne. Pierwsze testy urządzenia, przeprowadzone na myszach, pozwoliły na monitorowanie poziomu gonadotropiny kosmówkowej przez okrągły miesiąc. Wciąż jest to jednak skromny pokaz możliwości - autorzy prototypu uważają, że jego dalsze modyfikacje mogą pozwolić także na ocenę takich parametrów, jak pH, wysycenie tkanki tlenem czy innych markerów pozwalających na ocenę stanu metabolicznego nowotworu. Autorzy implantu nie kryją entuzjazmu. Jak ocenia prof. Cima, jest to jedno z tych narzędzi, których będziemy potrzebowali, by nowotwór stał się możliwym do rozwiązania problemem, a nie wyrokiem śmierci. Trzymamy kciuki, żeby tak się właśnie stało.

Na Lancaster University powstaje oprogramowanie, którego zadaniem będzie identyfikowanie pedofilów. Program będzie analizował język i składnię online'owych wypowiedzi (np. w chatroomach) i na tej podstawie ma wyłapać np. 30-latka udającego osobę w wieku 14 lat. Program powstający w ramach Project Isis będzie również w stanie zidentyfikować kod używany przez pedofili do np. nazywania folderów z dziecięcą pornografią. Główną techniką, którą wykorzystamy będzie coś, co nazwaliśmy przypisywaniem autorstwa. Korzystamy z badań, które pokazały, że pomiędzy różnymi grupami wiekowymi istnieją różnice w sposobie pisania. Można więc wyłapać kogoś, kto ma 25 lat i udaje, że ma 14 - mówi profesor Awais Rashid. Nasz projekt korzysta z wielu różnych algorytmów i technik sztucznej inteligencji. Używamy narzędzi do analizy lingwistycznej, by zidentyfikować kogoś, kto tylko udaje dziecko, a więc może być dla dzieci niebezpieczny. Chcemy mieć możliwość monitorowania ruchu w sieciach wymiany plików tak, by zidentyfikować głównych dystrybutorów, którymi interesują się organy ścigania, gdyż ludzie ci mają dostęp do dzieci i przygotowują fotografie tych dzieci. Pedofile używają specjalnych sposobów na oznaczanie i wyszukiwanie takich informacji. Dla niewytrenowanego oka wygląda to jak niewinne zapytanie do wyszukiwarki, ale nasze narzędzie będzie w stanie je wyłapać, zbadać i określić, w jaki sposób te kody się zmieniają - dodaje profesor. Obecnie system przechodzi pierwszą fazę testów. Później oprogramowanie będzie przez trzy lata sprawdzane na autentycznych materiałach dotyczących pedofilów, a dostarczonych przez policję i inne organizacje. Jeśli Project Isis okaże się skuteczny, niewykluczone, że będzie szeroko stosowany. To z kolei wzbudzi obawy o prywatność. Dlatego też uczeni już w tej chwili powołali grupę etyczną, która wraz z innymi podobnymi organizacjami określi zasady "etycznego monitoringu".