Araştırmacılar, denizyıldızlarının kendilerini çevirmelerini inceleyerek, beş esnek kolu sayesinde hareket halindeyken bile ciltle daha iyi temas eden benzersiz bir giyilebilir kalp monitörü geliştirdi.
Detaylar haberimizde…
Biyomimetik Cihaz Nedir?
Doğadaki organizma ve sistemlerin işleyişini taklit ederek tasarlanan biyomimetik cihazlar, teknolojinin doğadan ilham alarak geliştirilen örneklerindendir. Yapılan araştırmalar sonucunda ortaya çıkan bu biyomimetik cihaz, elektriksel ve mekanik kalp sinyallerini aynı anda izleyerek, yapay zekâ desteğiyle olası kalp sorunlarını %90’ın üzerinde bir doğruluk oranıyla tespit edebiliyor.
Cihaz, bir akıllı telefon uygulamasıyla senkronize çalışıyor ve doktorlar tarafından uzaktan izlenebiliyor. Ayrıca, daha uzun süreli kullanım için yeniden tasarlanıyor. Amaç ise kalp sağlığını gerçek zamanlı olarak takip etmek için daha güvenilir ve kullanıcı dostu bir yöntem sunmak. Postdoktora araştırmacısı ve başyazar Chen:
“Tıpkı bir denizyıldızı gibi, cihazımızın beş kolu var ve her biri, elektriksel ve mekanik kalp aktivitesini aynı anda kaydeden sensörlerle donatılmıştır. Mevcut cihazların çoğu yalnızca bir sinyali yakalamaya odaklanır veya birden fazla sinyali aynı anda izlemek için ayrı cihazlar kullanır. Bu sayede, birinin kalp sağlığını daha tamamlayıcı bir şekilde gözlemleyebiliyoruz“, diyor.
Yapay Zekâ ile Daha Akıllı Kalp İzleme
Araştırma ekibi, hem sağlıklı bireylerden hem de kalp hastalığı olanlardan alınan geniş bir kalp verisi koleksiyonundan öğrenen bir yapay zekâ tabanlı sistem geliştirdi. Akıllı teknoloji kullanarak, bu sistem hareketle ilgili rahatsızlıkları filtreler ve kalp sinyallerini analiz ederek bir kişinin kalbinin sağlıklı olup olmadığını ya da sorun belirtileri gösterip göstermediğini belirler. Sonuçlar, kullanıcıların akıllı telefon uygulamasında görüntülenebilir.
Bu yapay zekâ tabanlı yaklaşım, kalp hastalıklarını %90’ın üzerinde bir doğruluk oranıyla tespit ediyor. Cihazın Bluetooth özelliği sayesinde doktorlar, verileri uzaktan inceleyebilir ve böylece tıbbi ziyaretler arasında evde izleme imkânı sunar.
Chen, “Bu, geleneksel klinik kalp testlerine göre önemli bir avantaj sağlıyor; örneğin Doppler ultrasonu, doğru sonuçlar elde edebilmek için hastaların hareketsiz kalmasını gerektirir,” diyor.
Giyilebilir Teknolojiyi Daha Konforlu Hale Getirmek
Ekip, bu cihazların uzun süreli kullanımını daha konforlu hale getirmeyi de hedefliyor.
Mizzou Mühendislik Fakültesi’nden doçent öğretim üyesi Yan, “Giyilebilir cihazlarla ilgili büyük bir zorluk, uzun süre kullanıldığında ciltte tahrişe yol açabilmesidir,” diyor.
Bunu çözmek için Yan’ın ekibi, cihazı daha rahat ve cilt dostu hale getirmeye çalışıyor. Şu anda cihaz, özel bir jel ile cilde yapışıyor, ancak gelecekteki versiyonlar, daha fazla konfor için nefes alabilen, cilt dostu bir malzeme kullanacak. Yan’ın ekibi, bu malzemeyi son birkaç yıldır geliştiriyor.
Kesintisiz Kullanım, Minimal Müdahale
Denizyıldızından ilham alan bu cihaz, aynı zamanda kablosuz şarj olabiliyor, böylece takılı kaldığı süre boyunca şarj edilmesine gerek kalmadan sürekli kullanım sağlanıyor.
Henüz erken geliştirme aşamasında olan bu yenilik, doğayı, mühendisliği ve yapay zekâyı bir araya getirerek kalp sağlığımızı nasıl yönetebileceğimizi değiştirebilir. İnsanların kalp aktivitelerini her an, her yerde takip etmelerini kolaylaştırarak daha güvenilir bir hale getirebilir.
“(A) Denizyıldızının bağımsız kol hareketleriyle kendisini çevirmesini gösteren optik görüntüler. Denizyıldızı, dönüş için pivot görevi gören kol 1 ve 2’yi sabitleyerek, kol 3 ve 5 ile vücudu kaldırıp, kol 4’e inişe geçer. Bu koordineli fakat bağımsız hareket, denizyıldızının çevresine etkili şekilde uyum sağlamasını sağlar. (B) Çeşitli yumuşak biyoeletrojenik cihaz yapılandırmalarının, geleneksel monolitik tasarım ve denizyıldızı ilhamlı dört, beş ve altı kollu tasarımlar dahil olmak üzere, 10 mm’lik kayma altında stres dağılımını simüle eden FEA (Sonlu Elemanlar Analizi) simülasyonları. En belirgin stres bağlılığı, tüm yapılandırmalarda diyagonal eksenler boyunca meydana gelir, beş kollu yapı, dört kollu (35.6%), altı kollu (23.9%) ve monolitik (73.1%) tasarımlara göre %15.7 ile en düşük stres bağlılık katsayısına sahiptir. Renk barı, stres dağılımını gösterir. Ölçek çubuğu, 10 mm. (C) SNR (Sinyal-Gürültü Oranı) ile R1/R2 oranı arasındaki ilişki. Burada R1, merkezi hub’ın yarıçapını ve R2, sensör padinin uzatılmış uzunluğunu temsil eder. R1/R2 oranı 0.3 olan beş kollu yapı, diğer yapılandırmalara kıyasla önemli ölçüde daha yüksek SNR iyileştirmeleri gösterir. İçte, R1 ve R2’nin tanımları yer almaktadır. Detaylı SNR hesaplamaları metin S1’de verilmiştir. (D) Hareket sırasında denizyıldızına benzeyen giyilebilir cihazın beş kolu ile merkezi hub arasındaki bağlılık ilişkilerini gösteren ağ diyagramı. Diyagram, her kolun 3D yer değiştirmesinde bağlılık kısıtlamalarının azaldığını vurgular; bu, cihazın tüm yönlerde daha esnek hareket etmesini sağlar ve aktivite sırasında yüksek doğrulukta biyosinyaller toplama yeteneğini artırır. x, y ve z, 3D uzay koordinatlarını temsil eder. Dört kollu, beş kollu, altı kollu ve monolitik tasarımlar için ilgili FEA simülasyonları Şekil S3’te verilmiştir“.
Kaynak: “Starfish-inspired wearable bioelectronic systems for physiological signal monitoring during motion and real-time heart disease diagnosis” 2 April 2025, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adv2406
Derleyen: Eda Azap Öztemel
