Cercetătorii dezvoltă o platformă biocompatibilă de inteligență artificială implantabilă

O echipă de cercetători de la Universitatea Tehnică din Dresden a dezvoltat o platformă biocompatibilă de inteligență artificială implantabilă care poate clasifica în timp real modele sănătoase și patologice în semnale biologice, cum ar fi bătăile inimii. Platforma nu necesită supraveghere medicală pentru a detecta modificări medicale.

Cercetarea a fost publicată în revista Science Advances.

Provocarea inteligenței artificiale implantabile

În timp ce datele de diagnostic, cum ar fi ECG, EEG și imagini cu raze X, pot fi analizate cu învățare automată pentru a detecta bolile din timp, este încă extrem de dificil să se implanteze inteligență artificială în corpul uman. Acesta este motivul pentru care noua realizare a oamenilor de știință de la TU Dresden, la Catedra de Optoelectronică, este atât de importantă, 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 biocompatibil de inteligență artificială. Echipa s-a bazat pe rețele de fibre polimerice, care structural seamănă cu creierul uman. Acestea sunt ceea ce permit principiul 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 ca un creier 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 efectuate cu ușurință prin rețeaua de polimer, mulțumită transformării neliniare.

Inteligența artificială 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 de inteligență artificială implantabilă includ monitorizarea aritmiilor cardiace sau a complicațiilor după intervenții chirurgicale. Acestea pot fi, apoi, raportate atât medicilor, cât și pacienților prin intermediul unui smartphone, ceea ce permite asistență medicală rapidă.

Matteo Cucchi este student doctorand și autor principal al lucrării.

“Viziunea de a combina electronica modernă cu biologia a făcut progrese semnificative în ultimii ani, odată cu dezvoltarea așa-numiților conductori mixti organici”, a declarat 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 spre realizarea acestei viziuni. Prin utilizarea 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, de asemenea, să o facem în interiorul corpului uman. Acestă abordare va face posibilă dezvoltarea unor sisteme inteligente suplimentare în viitor, care pot ajuta la salvarea de vieți omenești.”