Vyvíjame mikrozariadenia, ktorým netreba dobíjať batérie

Monitor stresu ako prsteň či hodinky. Takéto zariadenie vyvinuli vedci z Fakulty elektrotechniky a informatiky Slovenskej technickej univerzity v Bratislave. Tím sa venuje vývoju monitorovacích zariadení a senzorov pre medicínu, ako aj mikrozariadení pre elektrotechnický priemysel. Tím vedie profesorka Viera Stropjaková, nominovaná na Slovenku roka 2016.

Hlasovať za ňu možno do 2. 6. 2016 poslaním SMS v tvare SR(medzera)13 na číslo 7508.

Odhaduje sa, že stres je prvotnou príčinou väčšiny návštev praktického lekára. Stres sa podieľa nielen na menej závažných zdravotných ťažkostiach (bolesti hlavy, tráviace problémy), ale hrá dôležitú rolu aj v hlavných príčinách úmrtia v západnom svete, akými sú rakovina, kardiovaskulárne ochorenia, respiračné choroby, zranenia pri nehodách. Odolnosť voči stresu je dôležitá požiadavka pri niektorých povolaniach, napríklad u pilotov či vodičov z povolania. Testy odolnosti voči stresu sa robievajú ambulantne v pravidelných intervaloch.

Monitor stresu z FEI STU umožňuje sledovať reakcie človeka na stres nonstop 24 hodín a priebežne ich posielať lekárovi či inému odborníkovi.

 „Monitor stresu funguje na rovnakom princípe ako detektor lži – sleduje odozvu organizmu na stres prostredníctvom snímania fyziologických parametrov. Pri reakcií  ľudského tela na stres je ovplyvnená  činnosť  viacerých životne dôležitých orgánov. Ide napríklad o zvýšenie krvného tlaku, rozšírenie zreničiek, rozšírenie ciev v kostrových svaloch, rozšírenie priedušiek a prehĺbenie dýchania. S týmito zmenami súvisia aj zmeny niektorých fyzikálnych vlastností a elektrických parametrov. Jednou z nich je psycho-galvanický reflex, ktorý patrí k základným identifikačným parametrom stresu. Charakterizuje ho zmena vodivosti kože ako reakcia na stresový podnet. Práve túto relatívnu zmenu vodivosti kože náš monitor meria. V začiatkoch sme pracovali s verziou monitora vo forme hodiniek, no ukázalo sa, že ukazovák na nedominantnej ruke je najvhodnejším miestom pre snímanie,“ vysvetľuje  prof. Ing. Viera Stopjaková, PhD., vedúca výskumno-vývojového tímu.

Pôvodne sa predpokladalo, že zmena  vodivosti kože počas stresového podnetu je spôsobená iba zvýšenou činnosťou potných žliaz. Neskôr sa však potvrdilo, že dôležitú úlohu zohráva bariéra v okolí vonkajšej vrstvy kože  (stratum lucidum) a zmena jej hrúbky vplyvom nervovej činnosti (stresu). Táto vrstva má charakter elektrickej dvojvrstvy - z vonkajšej strany s kyslou a zvnútra s mierne alkalickou reakciou. Práve psycho-galvanický reflex a niektoré ďalšie ľahko merateľné parametre (napr. frekvencia dychu, tep a tlak krvi) možno využiť na presnú indikáciu vplyvu stresových situácií.  

Tím profesorky Stopjakovej mal za úlohu integrovať do miniatúrneho zariadenia vo veľkosti bežného prsteňa bezdrôtové monitorovacie zariadenie – teda elektródy a obvody na monitorovanie vodivosti kože, mikropočítač, batériu a komunikačné rozhranie s anténou, na prenos údajov do počítača či mobilu.

Senzory boli navrhnuté, tak aby využívali minimálne množstvo energie a maximálne predĺžili dobu merania (2-3 dni).  Tím vedcov navrhol zároveň aplikáciu pre tablet či mobil, ktorá umožňuje sledovať a vyhodnocovať namerané údaje. Aplikácia údaje ukladá a umožňuje prezerať históriu dát alebo ich sledovať priebežne. Dokáže však lekára v priebehu merania okamžite upozorniť na kritické hodnoty.

„Prototyp monitora prešiel aj testami na skupine dobrovoľníkov. Zaujímavé bolo vidieť, že si niekedy naozaj neuvedomujeme, čo všetko nás stresuje. Testovanie ukázalo, že pomerne veľký stres prežívame aj pri bežných činnostiach, napríklad keď sa sústredíme na prácu a nečakane nás vyruší obyčajné zvonenie mobilu,“ hovorí Stopjaková.

Tím profesorky Stopjakovej sa venuje mikroelektronike dlhodobo. Aktuálne sa zameriava aj na (bio)senzorické implantáty, a to v rámci pripravovaného medzinárodného projektu Horizont 2020 – „Energeticky-autonómne biočipy“. „Implantáty môžu zachraňovať ľudské životy či odstraňovať rôzne obmedzenia a dôsledky ochorení. Nie vždy ich však lekári môžu použiť, pretože nie sú úplne energeticky autonómne. Pri kardiostimulátoroch je napríklad potrebná po istej dobe ďalšia operácia, pri ktorej sa vymenia batérie. Pri implantátoch a protézach v očiach, mozgu či iných orgánoch  sú takéto opakované operácie nepredstaviteľné. Vedci sa preto pri vývoji implantátov sústredia na dva ciele – zabezpečiť získavanie energie z okolia, napr. telesného tepla, tlaku krvi alebo elektromagnetickým poľom. Druhým cieľom je miniaturizovať ich – zmenšiť rozmery a zabudovať do nich aj miniatúrne antény, aby mohli bezdrôtovo komunikovať a posielať informácie von,“ hovorí Stopjaková. Profesorka je aktuálne nominovaná na ocenenie  Slovenska roka 2016. 

Minulý rok získal tím profesorky Stopjakovej  cenu „ENIAC JU Innovation Award 2015" za vývoj unikátnej miniatúrnej inteligentnej zásuvky Smart Plug, ktorá domácnostiam pomha šetriť energiu a sledovať jej spotrebu.

 

Smart Plug