Wearables: 24ωρη υγειονομική παρακολούθηση με αξιοποίηση φυσικού φωτός

Η συνεχής παρακολούθηση ζωτικών λειτουργιών, όπως οι καρδιακοί παλμοί, ο κορεσμός οξυγόνου στο αίμα και η ανάλυση του ιδρώτα, αποτελεί βασική επιδίωξη της σύγχρονης ιατρικής τεχνολογίας. Ωστόσο, η σμίκρυνση και η ελάφρυνση αυτών των φορητών ιατρικών συσκευών συναντούν σοβαρές προκλήσεις, κυρίως λόγω της υψηλής ενεργειακής απαίτησης των οπτικών αισθητήρων και της ασύρματης μετάδοσης δεδομένων. Οι περισσότερες υπάρχουσες λύσεις απαιτούν ογκώδεις μπαταρίες, περιορίζοντας έτσι τη φορητότητα και τη διάρκεια λειτουργίας των συσκευών.

Αυτούς τους περιορισμούς έρχεται να υπερκεράσει μια καινοτόμος πλατφόρμα, αποτέλεσμα έρευνας του KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology), η οποία αξιοποιεί το φως του περιβάλλοντος ως πηγή ενέργειας και προσαρμόζει αυτόματα τη διαχείριση ισχύος, επιτρέποντας 24ωρη συνεχόμενη λειτουργία.

Μια έξυπνη, αυτοπροσαρμοζόμενη πλατφόρμα

Η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Kyeongha Kwon σε συνεργασία με τον Δρ. Chanho Park από το Northwestern University στις ΗΠΑ, ανέπτυξε μια πρωτοποριακή φορητή πλατφόρμα που μειώνει το ενεργειακό φορτίο της μπαταρίας μέσω της έξυπνης χρήσης του φωτός του περιβάλλοντος. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications, με τον υποψήφιο διδάκτορα Do Yun Park ως συν-πρώτο συγγραφέα. Η νέα πλατφόρμα ενσωματώνει τρεις συμπληρωματικές τεχνολογίες φωτός για την παροχή ενέργειας:

1. Φωτομετρική Μέθοδος (Photometric Method)

Πρόκειται για μια τεχνολογία που προσαρμόζει τη φωτεινότητα των LED ανάλογα με την ένταση του περιβάλλοντος φωτός. Όταν υπάρχει αρκετό φυσικό φως, μειώνει αυτόματα τη φωτεινότητα των LED, ενώ σε σκοτεινές συνθήκες τα ενισχύει. Αυτή η προσέγγιση οδηγεί σε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας—έως και 86,22%—σε σχέση με τους συμβατικούς αισθητήρες που λειτουργούν με σταθερή ένταση LED.

2. Φωτοβολταϊκή Μέθοδος (Photovoltaic Method)

Χρησιμοποιούνται ηλιακά κύτταρα πολλαπλών συνδέσεων υψηλής απόδοσης για τη μετατροπή φωτός—τόσο εσωτερικού όσο και εξωτερικού—σε ηλεκτρική ενέργεια. Η συσκευή λαμβάνει ενέργεια μέσω φωτοβολταϊκών κελιών αλλά και από επαγωγικές κεραίες ασύρματης φόρτισης.

3. Φωτοφωταύγεια (Photoluminescent Method)

Εδώ, μικροσωματίδια αλουμινικού στροντίου ενσωματώνονται στο περίβλημα της συσκευής και απορροφούν φως κατά τη διάρκεια της ημέρας. Στη συνέχεια, το απελευθερώνουν αργά στο σκοτάδι, επιτρέποντας λειτουργία ακόμη και σε απόλυτη απουσία φωτός. Δοκιμές έδειξαν πως μετά από 10 λεπτά έκθεσης στον ήλιο (500W/m²), η συσκευή μπορεί να λειτουργήσει για 2,5 λεπτά στο σκοτάδι.

Ευφυής διαχείριση ενέργειας

Το σύστημα περιλαμβάνει μηχανισμό αυτόματης διαχείρισης ισχύος που επιλέγει ανάμεσα σε 11 διαφορετικές λειτουργίες με βάση την κατάσταση φόρτισης και το διαθέσιμο φως. Με αυτό τον τρόπο εξασφαλίζεται η βέλτιστη χρήση ενέργειας χωρίς παρέμβαση χρήστη.

Πρακτική εφαρμογή και αξιολόγηση

Η πλατφόρμα εφαρμόστηκε επιτυχώς σε διάφορους ιατρικούς αισθητήρες:

• Αισθητήρας φωτοπληθυσμογραφίας (PPG): Παρακολουθεί σε πραγματικό χρόνο τους καρδιακούς παλμούς και τον κορεσμό οξυγόνου στο αίμα, με δυνατότητες πρώιμης διάγνωσης καρδιαγγειακών προβλημάτων.

• Μετρητής μπλε φωτός: Καταγράφει την έκθεση στο μπλε φως, το οποίο συνδέεται με φωτογήρανση και προβλήματα δέρματος.

• Αισθητήρας ιδρώτα: Χρησιμοποιεί μικρορευστομηχανική τεχνολογία για την ανάλυση άλατος, γλυκόζης και pH στον ιδρώτα, επιτρέποντας την ανίχνευση αφυδάτωσης και ηλεκτρολυτικών διαταραχών.

Μείωση στην κατανάλωση κατά την ασύρματη μετάδοση

Ένα ακόμα σημαντικό επίτευγμα της μελέτης είναι η ενσωματωμένη υπολογιστική ισχύς στον αισθητήρα, που μειώνει δραστικά την ανάγκη για ασύρματη μετάδοση. Αντί να αποστέλλονται όλα τα ακατέργαστα δεδομένα, αποστέλλονται μόνο τα απαραίτητα αποτελέσματα, μειώνοντας τον όγκο μετάδοσης από 400B/s σε μόλις 4B/s.

Αποτελέσματα και προοπτικές

Η συσκευή δοκιμάστηκε σε ενήλικες υπό τέσσερις διαφορετικές συνθήκες φωτισμού, καταγράφοντας αποτελέσματα ισάξια με επαγγελματικό ιατρικό εξοπλισμό. Επιπλέον, δοκιμές σε ζωικά μοντέλα επιβεβαίωσαν την ακρίβεια μέτρησης κορεσμού οξυγόνου σε συνθήκες υποξίας. Ο καθηγητής Kwon δήλωσε: «Η τεχνολογία αυτή ανοίγει τον δρόμο για μια ιατρική που βασίζεται στην πρόληψη και όχι μόνο στη θεραπεία, μειώνοντας τα κόστη και ενισχύοντας την ανταγωνιστικότητα στον τομέα της φορητής υγειονομικής τεχνολογίας».

Αυτή η καινοτομία σηματοδοτεί ένα καθοριστικό βήμα προς την επόμενη γενιά ιατρικών wearables που συνδυάζουν βιωσιμότητα, ακριβή παρακολούθηση και πλήρη αυτονομία λειτουργίας.