Носимое устройство для удаленного мониторинга здоровья с радиусом действия 24 км

Носимые устройства, использующие датчики для мониторинга биологических сигналов, могут сыграть важную роль в здравоохранении. Эти устройства предоставляют ценную информацию, которая позволяет врачам прогнозировать, диагностировать и лечить различные заболевания, улучшая доступ к медицинской помощи и снижая расходы.

Однако в настоящее время для передачи данных носимым устройствам требуется значительная инфраструктура — например, спутники или антенны, использующие сигналы сотовой связи, — что делает многие из этих устройств недоступными для сельских и малообеспеченных сообществ.

Группа американских ученых из университета Аризоны решила изменить эту ситуацию, создав носимое устройство для мониторинга, которое может передавать данные о состоянии здоровья на расстояние до 24 км — гораздо большее, чем системы Wi-Fi или Bluetooth, — без какой-либо значительной инфраструктуры. Они надеются, что их устройство поможет сделать доступ к цифровому здравоохранению более справедливым.

Ученые представили новые инженерные концепции, которые делают их систему возможной, в статье в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В настоящее время неинвазивные носимые устройства используют интернет для подключения врачей к данным о пациентах для их обобщения и изучения. Но они требуют покрытия сотовой сети или подключения к интернету, а также источников питания. Эти требования часто приводят к тому, что люди в отдаленных районах или в условиях ограниченных ресурсов остаются без услуг.

В отличие от этого, новая система использует глобальную сеть с низким энергопотреблением, или LPWAN, которая обеспечивает расстояние в 2400 раз большее, чем Wi-Fi, и в 533 раза большее, чем Bluetooth. В новой системе используется LoRa, запатентованный тип технологии LPWAN. Выбор LoRa помог устранить предыдущие ограничения, связанные с энергопотреблением и электромагнитными проблемами.

Наряду с реализацией этого протокола лаборатория разработала схему и антенну, которая в обычных устройствах с поддержкой LoRa представляет собой большую коробку. Здесь система представляет собой мягкое и гибкое носимое устройство. Эти электромагнитные, электронные и механические особенности позволяют устройству отправлять данные на приемник на большое расстояние. Чтобы сделать устройство практически незаметным для пользователя, лаборатория также позволяет заряжать его батареи на расстоянии более 2 метров. Мягкая электроника и способность устройства собирать энергию являются ключом к производительности этой первой в своем роде системы мониторинга.

Разработчики называют этот мягкий сетчатый носимый прибор "биосимбиотиком", то есть он изготавливается с помощью 3D-печати по индивидуальному размеру пользователя и настолько ненавязчив, что почти ощущается как часть тела пользователя. Устройство, надеваемое на нижнюю часть предплечья, остается на месте даже во время физических упражнений, обеспечивая высокое качество сбора данных. Пользователь носит устройство постоянно, и оно заряжается без снятия и усилий.

Новый прибор может непрерывно работать в течение нескольких недель благодаря функции беспроводной передачи энергии для подзарядки без взаимодействия.

Ученые планируют и дальше улучшать и увеличивать расстояния связи, внедряя шлюзы беспроводной сети LoRa, которые смогут обслуживать сотни квадратных миль и сотни пользователей устройств, используя лишь небольшое количество точек подключения.

Такое носимое устройство и его система связи могут помочь в удаленном мониторинге в малообеспеченных сельских общинах, обеспечить высокую точность записи в зонах военных действий и следить за здоровьем в шумных городах, а долгосрочная цель состоит в том, чтобы сделать технологию доступной для наиболее нуждающихся общин.