Inżynierowie z USC opracowują inteligentną pigułkę GPS zasilaną sztuczną inteligencją

Wyobraź sobie, że znajdujesz swoją lokalizację bez GPS. Zastosuj to teraz do śledzenia obiektu na obiekcie. Wyzwaniem było śledzenie „inteligentnych” pigułek – tabletek wyposażonych w inteligentne czujniki – po ich połknięciu. W Szkole Inżynierskiej USC Viterbi innowacje w zakresie elektroniki do noszenia i sztucznej inteligencji doprowadziły do ​​opracowania czujników do połykania, które nie tylko wykrywają gazy żołądkowe, ale także zapewniają śledzenie lokalizacji w czasie rzeczywistym. Kapsułki te, opracowane przez Laboratorium Khana, służą do identyfikacji gazów związanych z zapaleniem żołądka i rakiem żołądka. Badanie, które zostanie opublikowane w czasopiśmie Cell Reports Physical Science, pokazuje, w jaki sposób te inteligentne pigułki były precyzyjnie monitorowane przez nowo zaprojektowany system do noszenia. To osiągnięcie stanowi ważny krok naprzód w dziedzinie technologii spożywania pokarmów, która według Yasira Khana, adiunkta inżynierii elektrycznej i komputerowej na USC, może pewnego dnia służyć jako „Fitbit dla jelit” i umożliwiający wczesne wykrywanie chorób.

Chociaż urządzenia do noszenia wyposażone w czujniki są bardzo obiecujące w zakresie śledzenia funkcji organizmu, możliwość śledzenia urządzeń połkniętych w organizmie jest ograniczona. Jednak dzięki innowacjom w zakresie materiałów, miniaturyzacji elektroniki, a także nowym protokołom opracowanym przez Khana badacze wykazali zdolność do konkretnego śledzenia lokalizacji urządzeń w przewodzie pokarmowym.

Zespół Khana wraz z Instytutem Technologii i Innowacji w Systemach Medycznych (ITEMS) USC w Michelson Center for Convergent Bioscience umieścił na koszuli nadającą się do noszenia cewkę, która generuje pole magnetyczne. To pole w połączeniu z wyszkoloną siecią neuronową pozwala jego zespołowi określić położenie kapsułki w organizmie. Według Ansy Abdel Ghazi, głównej autorki tej pracy i doktorantki w laboratorium Khana, nigdy wcześniej nie zostało to udowodnione za pomocą urządzenia do noszenia.

Drugą innowacją w tym urządzeniu jest nowo stworzony materiał „czujący”. Kapsuły są wyposażone nie tylko w elektronikę śledzącą położenie, ale także w „optyczną membranę czujnikową selektywną względem gazu”. Membrana ta składa się z materiałów, których elektrony zmieniają swoje zachowanie w obecności gazowego amoniaku. Amoniak – jest składnikiem bakterii jelitowych Helicobacter pylori, których podwyższone stężenie może być oznaką wrzodów trawiennych, raka żołądka czy zespołu jelita drażliwego. Zatem, jak twierdzi Khan, obecność tego gazu „jest wskaźnikiem” i „może zostać wykorzystana jako mechanizm wczesnego wykrywania choroby”.

Zespół z USC przetestował to urządzenie do połykania w kilku różnych środowiskach, w tym w środowisku płynnym i symulowanych jelitach krowich. „System do połykania z cewką do noszenia jest kompaktowy i praktyczny oraz zapewnia wyraźną drogę do zastosowania u ludzi” – powiedział Khan. Urządzenie oczekuje obecnie na opatentowanie, a następnym krokiem będzie przetestowanie tych urządzeń do noszenia na modelach świń.

Oprócz wykorzystania tego urządzenia do wczesnego wykrywania wrzodów trawiennych, zapalenia żołądka i raka żołądka, istnieje możliwość monitorowania stanu zdrowia mózgu. Jak? Ze względu na oś mózgowo-jelitową. Neuroprzekaźniki znajdują się w jelitach, mówi Khan, a „sposób ich regulacji i obniżenia ma wpływ na choroby neurodegeneracyjne”. Ostatecznym celem badań Khana jest skupienie się na mózgu. Interesuje się rozwojem nieinwazyjnych metod wykrywania neuroprzekaźników związanych z chorobami Parkinsona i Alzheimera.