Pesquisadores Desenvolvem Plataforma de IA Implantável Biocompatível

Uma equipe de pesquisadores da Technische Universität Dresden desenvolveu uma plataforma de IA implantável biocompatível capaz de classificar em tempo real padrões saudáveis e patológicos em sinais biológicos, como batimentos cardíacos. A plataforma não precisa de supervisão médica para detectar alterações médicas.

A pesquisa foi publicada no jornal Science Advances.

O Desafio da IA Implantável

Embora os dados de diagnóstico, como ECG, EEG e imagens de raios-X, possam ser analisados com aprendizado de máquina para detectar doenças precocemente, ainda é extremamente difícil implantar IA no corpo humano. É por isso que o novo avanço dos cientistas da TU Dresden no Chair of Optoelectronics é tão importante, pois é a primeira vez que um sistema como esse demonstrou sucesso.

A equipe de pesquisa foi liderada pelo Prof. Karl Leo, Dr. Hans Kleemann e Matteo Cucchi.

Eles apresentaram uma nova abordagem para classificação em tempo real de sinais bio-saudáveis e doentes com base em um chip de IA biocompatível. A equipe confiou em redes de fibras de polímero, que se assemelham estruturalmente ao cérebro humano. São essas que permitem o princípio de computação neuromórfica de reservoir computing.

Fibras de Polímero e Redes Recorrentes

Quando as fibras de polímero são formadas em um arranjo aleatório, isso é referido como uma “rede recorrente” e pode processar dados como o cérebro humano. Como as redes são não lineares, mesmo mudanças extremamente pequenas nos sinais podem ser amplificadas. Um exemplo disso seria um batimento cardíaco, que os médicos frequentemente lutam para avaliar. Tarefas como essa podem ser feitas através da rede de polímero facilmente, graças à transformação não linear.

A IA demonstrou a capacidade de diferenciar entre batimentos cardíacos saudáveis e três arritmias comuns durante os testes e alcançou uma taxa de precisão de 88%. A rede de polímero também consumiu menos energia do que um marcapasso.

De acordo com a equipe, aplicações potenciais para um sistema de IA implantável como esse incluem o monitoramento de arritmias cardíacas ou complicações após a cirurgia. Essas podem ser relatadas a médicos e pacientes por meio de um smartphone, o que permite uma assistência médica rápida.

Matte Cucchi é um estudante de doutorado e autor principal do artigo.

“A visão de combinar a eletrônica moderna com a biologia tem avançado muito nos últimos anos com o desenvolvimento de condutores mistos orgânicos”, disse Cucchi. “No entanto, até agora, os sucessos têm sido limitados a componentes eletrônicos simples, como sinapses ou sensores individuais. Resolver tarefas complexas não foi possível até agora. Em nossa pesquisa, demos um passo crucial para realizar essa visão. Ao aproveitar o poder da computação neuromórfica, como o reservoir computing usado aqui, conseguimos não apenas resolver tarefas de classificação complexas em tempo real, mas também potencialmente ser capazes de fazer isso dentro do corpo humano. Essa abordagem permitirá desenvolver sistemas inteligentes adicionais no futuro que possam ajudar a salvar vidas humanas.”