Tecno

Gli ingegneri stampano in 3D dispositivi indossabili wireless personalizzati che non richiedono mai una ricarica

Gli ingegneri dell’Università dell’Arizona hanno sviluppato un modo per stampare in 3D dispositivi indossabili di livello medico, come questi, sulla base delle scansioni del corpo di chi li indossa.
CREDITO: Gutruf Lab/Università dell’Arizona

I nuovi dispositivi, realizzati su misura per gli individui, potrebbero significare enormi miglioramenti nel monitoraggio e nel trattamento delle malattie, nella sperimentazione di nuovi farmaci e nella capacità di monitorare la salute personale.

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I sensori indossabili per monitorare tutto, dal conteggio dei passi alla frequenza cardiaca, sono quasi onnipresenti. Ma per scenari come misurare l’insorgenza della fragilità negli anziani, diagnosticare tempestivamente malattie mortali, testare l’efficacia di nuovi farmaci o monitorare le prestazioni degli atleti professionisti, sono necessari dispositivi di livello medico.

Gli ingegneri dell’Università dell’Arizona hanno sviluppato un tipo di dispositivo indossabile che chiamano “dispositivo biosimbiotico”, che ha diversi vantaggi senza precedenti. Non solo i dispositivi sono stampati in 3D personalizzati e si basano su scansioni del corpo di chi li indossa, ma possono funzionare continuamente utilizzando una combinazione di trasferimento di potenza wireless e accumulo di energia compatto. Il team, guidato da  Philipp Gutruf , assistente professore di  ingegneria biomedica  e Craig M. Berge Faculty Fellow presso il  College of Engineering , ha pubblicato oggi i suoi risultati sulla rivista Science Advances.

“Non c’è niente di simile là fuori”, ha detto Gutruf, membro del  BIO5 Institute dell’università . “Introduciamo un concetto completamente nuovo di adattare un dispositivo direttamente a una persona e utilizzare la trasmissione di potenza wireless per consentire al dispositivo di funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, senza mai dover ricaricare”.

L’adattamento personalizzato consente un monitoraggio preciso

Gli attuali sensori indossabili devono affrontare varie limitazioni. Gli smartwatch, ad esempio, devono essere caricati e possono raccogliere solo quantità limitate di dati a causa del loro posizionamento al polso. Utilizzando scansioni 3D del corpo di chi lo indossa, che possono essere raccolte tramite metodi tra cui risonanza magnetica, scansioni TC e persino immagini di smartphone accuratamente combinate, Gutruf e il suo team possono stampare in 3D dispositivi su misura che avvolgono varie parti del corpo. Pensa a un polsino in rete praticamente impercettibile, leggero, traspirante progettato specificamente per il tuo bicipite, polpaccio o busto. La capacità di specializzare il posizionamento dei sensori consente ai ricercatori di misurare parametri fisiologici che altrimenti non potrebbero.

“Se vuoi qualcosa che si avvicini continuamente alla temperatura corporea centrale, ad esempio, dovresti posizionare il sensore sotto l’ascella. Oppure, se vuoi misurare il modo in cui il tuo bicipite si deforma durante l’esercizio, possiamo posizionare un sensore nei dispositivi che può raggiungere questo obiettivo”, ha affermato  Tucker Stuart , uno studente di dottorato in ingegneria biomedica e primo autore dell’articolo. “Grazie al modo in cui produciamo il dispositivo e lo fissiamo al corpo, siamo in grado di utilizzarlo per raccogliere dati che un dispositivo indossabile tradizionale montato sul polso non sarebbe in grado di raccogliere”.

Poiché questi dispositivi biosimbiotici sono adattati su misura a chi li indossa, sono anche altamente sensibili. Il team di Gutruf ha testato la capacità del dispositivo di monitorare i parametri, tra cui la temperatura e lo sforzo, mentre una persona saltava, camminava su un tapis roulant e utilizzava un vogatore. Nel test del vogatore, i soggetti indossavano più dispositivi, monitorando l’intensità dell’esercizio e il modo in cui i muscoli si deformavano con dettagli precisi. I dispositivi erano abbastanza precisi da rilevare i cambiamenti della temperatura corporea indotti salendo una sola rampa di scale.

Continuo, wireless e senza sforzo

Gutruf e il suo team non sono i primi ad adattare i dispositivi indossabili per monitorare la salute e la funzione corporea. Tuttavia, gli attuali dispositivi indossabili non hanno la capacità di tenere traccia delle metriche in modo continuo o con una precisione sufficiente per trarre conclusioni significative dal punto di vista medico.   

Alcuni dispositivi indossabili utilizzati dai ricercatori sono cerotti che si attaccano alla pelle, ma si staccano quando la pelle attraversa il suo normale processo di muta, o talvolta quando un soggetto suda. Anche i dispositivi indossabili altamente sofisticati utilizzati in ambienti clinici, come i monitor ECG, devono affrontare questi problemi. Inoltre, non sono wireless, il che limita fortemente la mobilità. I pazienti non possono svolgere la loro normale routine quotidiana se sono legati a dispositivi esterni ingombranti.

Il dispositivo biosimbiotico che il team di Gutruf ha introdotto non utilizza adesivo e riceve la sua energia da un sistema wireless con una portata di diversi metri. Il dispositivo include anche una piccola unità di accumulo di energia, in modo che funzioni anche se chi lo indossa esce dalla portata del sistema, anche fuori casa.

“Questi dispositivi sono progettati per non richiedere alcuna interazione con chi li indossa”, ha detto Gutruf. “È semplice come accendere il dispositivo. Poi te ne dimentichi e fa il suo lavoro.”

Questa ricerca è stata finanziata dal  programma pilota di sovvenzioni per le sementi di bioscienza della  Flinn Foundation . Il team ha anche lavorato con  Tech Launch Arizona , il braccio di commercializzazione dell’università, per proteggere la proprietà intellettuale e lanciare una startup per portare la tecnologia sul mercato.

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