Ứng dụng đột phá công nghệ vào y khoa

Nhẫn thông minh chăm sóc sức khỏe và thực tế mở rộng

Cảm biến IMU được sử dụng để phát hiện và theo dõi chuyển động của ngón tay, còn cảm biến PPG thu thập và phân tích mọi chỉ số sức khỏe như nhịp tim, mức đường huyết và độ bão hòa oxy.

Mahanth Gowda, trợ lý Giáo sư Khoa học Máy tính và Kỹ thuật Máy tính Đại học Penn State, cho biết: “Dữ liệu cảm biến cung cấp thông tin phong phú để có thể nắm bắt được sự căng thẳng và tâm trạng của người đeo, đồng thời đề xuất hoạt động như thiền định và thư giãn. Chúng tôi hiện đang khám phá một số ứng dụng sâu hơn ở giao điểm của cảm biến, máy học và  Internet of Things (IoT) để mở rộng khả năng của những gì có thể đạt được trong kích thước nhỏ tiện lợi của một chiếc nhẫn”.

Không giống như đồng hồ thông minh, OmniRing không có màn hình và do đó hỗ trợ thời lượng pin dài hơn. Điều này giúp bạn đeo nhẫn mọi lúc, kể cả khi ngủ và bơi, giúp nhẫn thông minh thu được những mức độ thông tin cảm nhận sâu hơn và mật thiết hơn.

Taiting Lu, Tiến sĩ và trưởng nhóm phần cứng OmniRing, bình luận: “Hy vọng của chúng tôi là đưa công nghệ này thành hiện thực. Vì chiếc nhẫn thông minh có nhiều tiềm năng giúp ích cho con người trong tương lai nên chúng tôi không muốn giới hạn nó trong phòng thí nghiệm mà đưa nó ra thế giới thực”.

Để đạt được mục tiêu đó, nhóm nghiên cứu đã trở thành những người đầu tiên phát triển nhẫn thông minh với thiết kế mã nguồn mở - nghĩa là tiết lộ đầy đủ mọi chi tiết về phần cứng, phần mềm của mình. Điều này sẽ cho phép cộng đồng nghiên cứu tìm hiểu cũng như phát triển mọi trường hợp sử dụng tiềm năng thú vị cho công nghệ. Lu nhấn mạnh dự án là thành tựu của tinh thần đồng đội, với mọi thành viên đều đóng vai trò quan trọng trong việc đưa công nghệ vào thực tế.

Hao Zhou, Tiến sĩ và trưởng nhóm học máy OmniRing, chia sẻ: “Chúng tôi hình dung vai trò quan trọng của OmniRing trong tương lai: mọi cá nhân sẽ có thể dễ dàng tương tác với những thiết bị được kết nối của họ bằng cách sử dụng chuyển động của tay. Dữ liệu cảm xúc và sức khỏe cá nhân được chuyển tiếp có chọn lọc trong thời gian thực, cho phép các thiết bị xung quanh diễn giải thông tin và phản hồi một cách thích hợp. Nói cách khác, mục tiêu của chúng tôi là cố gắng đảm bảo rằng OmniRing xứng đáng với tên gọi của nó”.

Nhóm nhà nghiên cứu cho biết, ngoài việc chăm sóc sức khỏe, chiếc nhẫn thông minh còn có khả năng cho phép nhận dạng và dịch ngôn ngữ ký hiệu bằng cách tích hợp với các cảm biến khác. Để làm được điều này, nhóm nhà nghiên cứu tích cực hợp tác với Kenneth DeHaan - giám đốc chương trình Thạc sĩ Nghệ thuật về Giáo dục Ngôn ngữ Ký hiệu tại Đại học Gallaudet ở Washington, DC, và là thành viên của cộng đồng người Khiếm thính.

Lu giải thích nhóm nghiên cứu và DeHaan đã khám phá những thách thức có thể giải quyết bằng công nghệ như vậy. DeHaan nhấn mạnh một tình huống phổ biến với nhóm: “Thường thì ở một nơi công cộng, chẳng hạn như quán cà phê, nhân viên pha chế hoặc người phục vụ thường thiếu kiên nhẫn để hỗ trợ khi khách hàng ghi đơn đặt hàng, làm giảm giá trị của khách hàng và trải nghiệm mua sắm của họ. Điều này là lý do tại sao chúng tôi muốn tạo sân chơi bằng công nghệ này”.

Nhóm OmniRing cũng tham gia vào Happy Valley LaunchBox do PNC Bank Idea TestLab cung cấp, một chương trình kéo dài 4 tuần giúp bất kỳ ai có ý tưởng kết nối với khách hàng tiềm năng để xác định rõ hơn vấn đề và giải pháp tiềm năng. Lu cho biết nhóm của mình cũng có cơ hội hợp tác với Alert Heart, một công ty khởi nghiệp khác của Penn State, đang phát triển một thiết bị có khả năng phát hiện các cơn đau tim không dây và cảnh báo cho người chăm sóc.

Lu nói: “Tôi chắc chắn sẽ giới thiệu khóa học ngắn hạn cho các nhà nghiên cứu khác. Sẽ là một điểm khởi đầu tốt nếu bạn có một sản phẩm, tài trợ nghiên cứu và một nguyên mẫu. Nó mang lại cho bạn nhiều kinh nghiệm và bạn có thể học cách đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm vào đời thực”.

Nhóm nhà nghiên cứu cho biết, hiện tại OmniRing đã được thử nghiệm và có thể phát hiện chuyển động của bàn tay và ngón tay 3D. Bước tiếp theo của nhóm là lập trình chiếc nhẫn để nhận dạng chuyển động của bàn tay và ngón tay, cũng như triển khai các tính năng chăm sóc sức khỏe như theo dõi nhịp tim và độ bão hòa oxy. Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm kiếm cơ hội hợp tác để nghiên cứu và thương mại hóa sản phẩm.

Theo dõi huyết áp bằng điện thoại thông minh

Một nhóm kỹ sư phát triển và “chiếc kẹp” chi phí thấp, thân thiện với người dùng để theo dõi huyết áp. Một nhóm kỹ sư tại Đại học California San Diego (UCSD) phát triển một ứng dụng điện thoại thông minh và “chiếc kẹp” đơn giản, chi phí thấp sử dụng máy ảnh và đèn flash điện thoại thông minh theo dõi huyết áp trên đầu ngón tay người dùng.

Chiếc kẹp hoạt động mà không cần hiệu chuẩn, đồng thời cung cấp giải pháp thay thế hợp lý cho các phương pháp theo dõi huyết áp truyền thống. Công nghệ này đã cho thấy kết quả tương đương với vòng bít đo huyết áp trong loạt thử nghiệm ban đầu, sẽ được thương mại hóa bởi Billion Labs Inc. Chiếc kẹp hoạt động với ứng dụng điện thoại thông minh tùy chỉnh và hiện có giá… dưới 1 USD để thực hiện.

Nhóm nhà nghiên cứu ước tính chi phí mỗi chiếc có thể thấp hơn nữa khi được sản xuất ở quy mô lớn. Nhóm nhà nghiên cứu cho biết chiếc kẹp giúp theo dõi huyết áp thường xuyên dễ dàng, giá cả phải chăng và dễ tiếp cận đối với những người trong cộng đồng nghèo tài nguyên. Ví dụ, chiếc kẹp mang lại lợi ích cho người lớn tuổi cũng như phụ nữ mang thai trong việc kiểm soát tình trạng sức khỏe như tăng huyết áp.

Yinan (Tom) Xuan, tiến sĩ kỹ thuật điện và máy tính tại UCSD, báo cáo: “Chúng tôi tạo ra một giải pháp rẻ tiền để hạ thấp rào cản đối với việc theo dõi huyết áp”. Edward Wang - tác giả chính của nghiên cứu, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại UCSD - cho biết: “Bạn có thể được cung cấp một chiếc kẹp theo dõi huyết áp khi khám sức khỏe, giống như cách bạn nhận được một gói chỉ nha khoa và bàn chải đánh răng khi đi khám răng”.

Một ưu điểm quan trọng khác của chiếc kẹp là nó không cần phải hiệu chỉnh với vòng bít. Wang bình luận thêm: “Đây là điểm khác biệt giữa thiết bị của chúng tôi với các máy đo huyết áp khác. Các hệ thống không có vòng bít khác đang được phát triển cho đồng hồ thông minh và điện thoại thông minh yêu cầu phải có một bộ phép đo riêng với vòng bít để các mẫu của chúng có thể được điều chỉnh phù hợp với những phép đo này. Hệ thống của chúng tôi không cần hiệu chỉnh, nghĩa là bạn chỉ cần sử dụng thiết bị của chúng tôi mà không cần chạm vào máy đo huyết áp khác để có được kết quả đo huyết áp đáng tin cậy”.

Để đo huyết áp, người dùng chỉ cần dùng đầu ngón tay ấn vào chiếc kẹp. Một ứng dụng điện thoại thông minh tùy chỉnh sẽ hướng dẫn người dùng về độ mạnh và thời gian nhấn trong quá trình đo. Chiếc kẹp là một phần đính kèm bằng nhựa in 3D phù hợp với máy ảnh và đèn flash điện thoại thông minh.

Nó có thiết kế quang học tương tự như thiết kế của máy ảnh lỗ kim. Khi người dùng nhấn vào chiếc kẹp, đèn flash của smartphone sẽ sáng lên trên đầu ngón tay. Ánh sáng đó sau đó được chiếu qua một kênh có kích thước lỗ kim tới máy ảnh dưới dạng hình ảnh một vòng tròn màu đỏ. Một lò xo bên trong kẹp cho phép người dùng nhấn với các mức lực khác nhau. Người dùng càng nhấn mạnh, vòng tròn màu đỏ xuất hiện trên máy ảnh càng lớn.

Ứng dụng điện thoại thông minh trích xuất hai phần thông tin chính từ vòng tròn màu đỏ. Bằng cách nhìn vào kích thước vòng tròn, ứng dụng có thể đo lượng áp lực mà đầu ngón tay người dùng tác động. Và bằng cách nhìn vào độ sáng của vòng tròn, ứng dụng có thể đo lượng máu chảy vào và ra khỏi đầu ngón tay. Một thuật toán chuyển đổi thông tin này thành chỉ số huyết áp tâm thu và tâm trương.

Nhóm nhà nghiên cứu đã thử nghiệm chiếc kẹp đối với 24 tình nguyện viên từ Trung tâm Y tế UCSD. Kết quả có thể so sánh với kết quả đo bằng vòng đo huyết áp. Alison Moore, đồng tác giả nghiên cứu, đánh giá: “Sử dụng vòng đo huyết áp tiêu chuẩn có thể khó đeo đúng cách và giải pháp này có khả năng giúp người lớn tuổi tự theo dõi huyết áp dễ dàng hơn”. Xuan cho biết, mặc dù nhóm nghiên cứu chỉ chứng minh được giải pháp trên một mẫu điện thoại thông minh duy nhất, nhưng về mặt lý thuyết, thiết kế hiện tại của chiếc kẹp sẽ hoạt động trên các mẫu điện thoại khác.

Các bước tiếp theo bao gồm làm cho công nghệ trở nên thân thiện hơn với người dùng, đặc biệt là đối với người lớn tuổi; kiểm tra độ chính xác của nó trên những tông màu da khác nhau; và tạo ra một thiết kế phổ quát hơn.