Pele eletrônica monitora nove biomarcadores de estresse

A nova pele eletrônica multissensorial já está em um nível de desenvolvimento próximo ao necessário para sua transformação em produto comercial.
[Imagem: Wei Gao/Changhao Xu]

Pele eletrônica com IA

Há anos a equipe do professor Wei Gao, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, vem aprimorando uma pele eletrônica para coletar sinais de saúde, já tendo inclusive dotado o dispositivo de comunicação Bluetooth.

Em sua versão mais recente, a pele eletrônica tornou-se capaz de monitorar nove marcadores diferentes que caracterizam uma resposta ao estresse.

É amplamente aceito que, dependendo da gravidade e duração, tanto o estresse agudo como o crônico podem prejudicar nossa saúde física e mental e reduzir nossa capacidade de funcionar como gostaríamos. O problema é que o estresse pode ser vivenciado tanto negativamente, como choque ou ansiedade, quanto positivamente, como excitação ou energia. Assim, sendo "inespecífico", não existe um único biomarcador disponível que nos diga definitivamente se ou quanto uma pessoa está estressada e se isto está envolvido com o fato de a pessoa estar doente.

A boa notícia é que, se tomarmos em conjunto essa constelação de reações corporais geradas pelo estresse, é possível ponderar uma medida objetiva do estado biofísico, uma métrica do estresse independente dos autorrelatos. Para coletar todas essas reações corporais, a equipe usou uma série de sensores, e então tratou os dados desses sensores por meio de um sistema de inteligência artificial. O resultado é o que eles chamam de CARES, que pode significar "cuidados com a saúde" em inglês, mas que neste caso é uma sigla para o termo "pele eletrônica reforçada por inteligência artificial consolidada".

"Quando uma pessoa está sob estresse, hormônios como epinefrina, norepinefrina e cortisol são liberados na corrente sanguínea," explica o professor Gao. "O suor torna-se rico em metabólitos como glicose, lactato e ácido úrico, e eletrólitos como sódio, potássio e amônia. Essas são substâncias que medimos antes de usar a amostragem microfluídica em um sensor de suor vestível. O que há de novo no CARES é que os sensores de suor são integrados a sensores que registram formas de onda de pulso, temperatura da pele e resposta galvânica da pele: Sinais fisiológicos que também indicam estresse de maneiras previsíveis."

Na prática, é um adesivo pequeno e fino projetado para ser usado no pulso, deixando a pessoa livre para realizar todas as suas atividades diárias normais. Os dados são transmitidos para um celular, onde são tratados e é fornecido o diagnóstico.

Ler os dados é fácil; bem mais complicado é tirar informações proveitosas desses dados, o que a equipe resolveu usando inteligência artificial.
[Imagem: Changhao Xu et al. - 10.1038/s41928-023-01116-6]

Novos sensores e aprendizado de máquina

Este novo protótipo também tirou proveito de novos materiais para melhorar o desempenho dos sensores. Embora os materiais usados anteriormente para sensores de suor pudessem ser produzidos de forma eficiente por meio de impressão a jato de tinta e fossem capazes de medir com precisão até mesmo compostos muito diluídos, nos testes de longo prazo os materiais se decompuseram gradualmente na presença dos fluidos corporais.

Para evitar essa degradação rápida, a equipe introduziu um composto à base de níquel, que ajuda a estabilizar os sensores de base enzimática, como os que detectam lactato ou glicose, assim como um novo polímero adicionado aos sensores à base de íons, que detectam biomarcadores como sódio ou potássio.

Como as versões anteriores, o CARES pode ser alimentado por bateria e se comunicar sem fio com um telefone ou computador via Bluetooth.

Mas a grande inovação está na adição do aprendizado de máquina. Como o estresse surge de muitas formas diferentes e estimula uma resposta complexa que afeta muitos sistemas corporais diferentes, interpretar com precisão uma grande quantidade de dados é fundamental para a utilidade da pele eletrônica. Experimentos induzindo estresse nos voluntários usando o dispositivo demonstraram que o sensor mede com precisão a interrelação de biomarcadores fisiológicos (como pulso) e químicos (como glicose).

"Níveis elevados de estresse e ansiedade causados por ambientes de trabalho exigentes, como os vividos por soldados ou astronautas, podem afetar significativamente o desempenho," observou Gao. "A detecção precoce da gravidade do estresse permite uma intervenção oportuna. Nosso sensor vestível, combinado com aprendizado de máquina, tem o potencial de fornecer insights em tempo real sobre o nível de estresse."

Fonte: Pele eletrônica monitora nove biomarcadores de estresse