一款新型人工智能驱动的皮肤贴片有望将可穿戴健康技术从简单的步数统计和睡眠监测推向全新高度。
这款可拉伸设备专为直接贴合皮肤设计，能够利用人工智能实时分析健康数据，无需先将信息发送至远程服务器。
当人们在跑步后查看运动数据时，这种速度优势或许并不显著；但当心脏突然陷入可能在数秒内致命的危险节律时，毫秒级响应就至关重要。
研究人员现已开发出一种类肤质贴片，可在身体表面以毫秒级速度直接处理医疗数据。这种超薄设备能像人体皮肤一样弯曲拉伸，同时即时执行人工智能计算。
科学家表示，该技术最终可使可穿戴及植入式设备对医疗紧急状况作出主动响应，而不仅是被动记录。
此项研究由芝加哥大学和阿贡国家实验室的研究人员共同完成。
毫秒级响应在医疗中的决定性作用
当今大多数智能设备实际上并不具备自主"思考"能力。它们收集数据后需通过无线方式传输至其他计算机或云服务器进行分析，这一过程会产生短暂延迟。
在多数情况下，这种延迟无伤大雅；但在某些场景中却可能酿成危险。
典型案例如心室颤动——心脏出现的混乱电活动。在此状态下，心脏无法有效泵血，医生通常采用除颤器电击来重置整个心脏节律。
科学家长久以来一直在探索更精准的干预方法：医生可追踪异常电波并以针对特定位置的小脉冲进行阻断，而非对整个心脏实施电击。
核心挑战始终在于速度。心脏中的电波前缘移动速度极快，系统仅有毫秒级反应时间。
"这种情况下远程计算完全不现实，耗时过长，"该研究共同资深作者、芝加哥大学分子工程学副教授王思宏表示，"但如果在体内配备能即时分析的计算设备，则可能实现精准干预。"
打造如皮肤般柔韧的电子设备
制造能随身体伸展的计算机并非易事。传统计算机芯片坚硬且易碎，而人体皮肤则持续弯曲、扭转和拉伸。
多年来，王思宏实验室一直致力于研发行为更接近活体组织的电子设备。该团队此前已开发出可拉伸晶体管阵列和柔性OLED显示屏。
新型贴片通过将可拉伸性与神经形态计算相结合实现突破。这意味着系统以模拟大脑处理信号的方式处理信息。
该设备采用称为有机电化学晶体管的组件。与传统计算机中的硅基晶体管不同，这些器件利用电流和离子在凝胶状材料中的移动。
这种结构使每个晶体管能保持类似记忆的状态，如同大脑突触随时间增强或减弱。
攻克制造工艺难题
该构想虽具前景，但设备制造面临严峻挑战。
柔性材料无法承受标准芯片生产中的高温和化学试剂，凝胶层也易像液体般扩散，导致邻近组件融合并短路。
"我们必须探索能否利用或改变这些聚合物的特性，使其适配微电子行业主要采用的光刻图案化技术，"王思宏解释道。
研究团队通过开发新型聚合物凝胶解决了该问题——该凝胶在紫外线照射下可硬化成精确形状。
最终成果是可在单平方厘米面积内集成10,000个有机电化学晶体管的生产工艺。
"作为计算机科学家，我们习惯将神经网络权重视为纯数字，"芝加哥大学研究生、研究共同第一作者赵子轩表示，"但在硬件层面，它是具有可变性、历史依赖性和物理极限的材料。挑战在于兼顾这些限制条件，同时保持足够的计算精度。"
皮肤贴片的心脏数据测试
为验证皮肤贴片系统处理真实医疗任务的能力，研究人员使用捐赠人体心脏的电生理映射数据训练该设备。
贴片成功以99.6%的准确率定位危险电波前缘。更令人惊叹的是，即使拉伸至正常长度的1.5倍以上，它仍能持续工作。
研究人员还测试了另一个同时分析多项健康指标的神经网络系统，该模型通过胆固醇水平、血糖值、心电图读数和最大心率评估心脏病发作风险，准确率达到83.5%。
此类可穿戴人工智能系统正成为医学研究重点。全球科学家正努力将健康监测从医院转移到连续实时监护领域，更快的处理速度将惠及心脏病、糖尿病、神经系统疾病患者及术后康复人群。
超越智能手表的未来
研究人员并未止步于单一贴片。下一步目标是将计算系统与可拉伸无线通信工具及改进型传感器整合，使集成设备具备自主感知、分析和响应能力。
这最终将催生能在身体出现异常迹象时即时反应的可穿戴系统。
"我们不必将数据发送至远程服务器，而能在生命发生的现场立即解读信息，"阿贡国家实验室计算机科学家、研究共同资深作者夏芳芳表示。
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