Cercetătorii dezvoltă o platformă AI implantabilă biocompatibilă

O echipă de cercetători de la Universitatea Tehnică din Dresden a dezvoltat o platformă AI implantabilă biocompatibilă care este capabilă să clasifice în timp real modele sănătoase și patologice în semnale biologice precum bătăile inimii. Platforma nu necesită supraveghere medicală pentru a detecta modificări medicale.

Cercetarea a fost publicată în jurnalul Science Advances.

Provocarea AI implantabile

În timp ce datele de diagnostic, cum ar fi ECG, EEG și imagini cu raze X, pot fi analizate cu machine learning pentru a detecta bolile din timp, este încă extrem de dificil să se implanteze AI în corpul uman. De aceea, noul progres de la oamenii de știință de la TU Dresden, la Catedra de Optoelectronică, este atât de important, deoarece este pentru prima dată când un astfel de sistem a demonstrat succes.

Echipa de cercetare a fost condusă de prof. Karl Leo, dr. Hans Kleemann și Matteo Cucchi.

Ei au prezentat o abordare nouă pentru clasificarea în timp real a semnalelor biologice sănătoase și bolnave pe baza unui cip AI biocompatibil. Echipa s-a bazat pe rețele de fibre polimerice, care se aseamănă structural cu creierul uman. Acestea sunt cele care permit principiul AI neuromorfic de calcul al rezervorului.

Fibre de polimer și rețele recurente

Când fibrele de polimer sunt formate într-o dispunere aleatorie, aceasta se numește “rețea recurentă” și poate procesa date precum creierul uman. Deoarece rețelele sunt neliniare, chiar și modificările extrem de mici ale semnalului pot fi amplificate. Un exemplu în acest sens ar fi bătăile inimii, pe care medicilor le este adesea greu să le evalueze. Astfel de sarcini pot fi realizate cu ușurință prin rețeaua de polimer, mulțumită transformării neliniare.

AI a demonstrat capacitatea de a diferenția între bătăile inimii sănătoase și trei aritmii comune în timpul testelor și a obținut un nivel de acuratețe de 88%. Rețeaua de polimer a consumat, de asemenea, mai puțină energie decât un pacemaker.

Conform echipei, aplicațiile potențiale pentru un astfel de sistem AI implantabil includ monitorizarea aritmiilor cardiace sau a complicațiilor după intervenții chirurgicale. Acestea pot fi raportate atât medicilor, cât și pacienților prin intermediul unui smartphone, ceea ce permite asistență medicală rapidă.

Matte Cucchi este student doctorand și autorul principal al lucrării.

“Viziunea de a combina electronica modernă cu biologia a parcurs un drum lung în ultimii ani, odată cu dezvoltarea așa-numiților conductori mixti organici”, a spus Cucchi. “Până acum, însă, succesele au fost limitate la componente electronice simple, cum ar fi sinapse individuale sau senzori. Rezolvarea unor sarcini complexe nu a fost posibilă până acum. În cercetarea noastră, am făcut un pas crucial pentru a face reală această viziune. Prin valorificarea puterii calculului neuromorfic, cum ar fi calculul rezervorului utilizat aici, am reușit nu numai să rezolvăm sarcini complexe de clasificare în timp real, dar vom putea face acest lucru și în interiorul corpului uman. Această abordare va face posibilă dezvoltarea unor sisteme inteligente suplimentare în viitor, care pot ajuta la salvarea de vieți omenești.”