Chip AI tương thích sinh học phát hiện sớm và điều trị bệnh

Nhưng việc cấy ghép công nghệ AI vào cơ thể người hiện là một thách thức kỹ thuật rất lớn. Các nhà khoa học của trường đại học Dresden (TU Dresden) Liên bang Đức, thuộc Khoa Quang điện tử của GS Karl Leo lần đầu tiên thành công phát triển một chip nền tảng AI cấy ghép tương thích sinh học, có thể phân loại thời gian thực những dấu hiệu bệnh lý cũng như tình trạng sức khỏe của con người.

Chip AI tương thích sinh học có thể phát hiện những thay đổi bệnh lý ngay cả khi không có sự giám sát y tế. Kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Science Advances.

Trong công trình nghiên cứ này, nhóm khoa học do GS Karl Leo, TS Hans Kleemann và nghiên cứu sinh TS Matteo Cucchi lãnh đạo đã giới thiệu một phương pháp tiếp cận, phân loại thời gian thực những tín hiệu sinh học khỏe mạnh và bệnh tật, sử dụng chip AI tương thích sinh học.

Các nhà khoa học sử dụng những mạng sợi quang, chế tạo từ polymer có cấu trúc giống não người và kích hoạt nguyên tắc thần kinh AI của điện toán hồ chứa. Sự sắp xếp ngẫu nhiên những sợi polymer hình thành cái gọi là "mạng lặp lại", cho phép xử lý cơ sở dữ liệu, tương tự như não người.

Tính phi tuyến của những mạng này cho phép khuếch đại ngay cả những thay đổi tín hiệu nhỏ nhất, như nhịp tim - thường rất khó để các bác sĩ nhận biết và đánh giá. Nhưng phép biến đổi phi tuyến sử dụng mạng polymer có thể thực hiện được mà không gặp khó khăn.

Trong các thử nghiệm khác nhau, chip AI có thể phân biệt nhịp tim khỏe mạnh với 3 chứng rối loạn nhịp tim phổ biến, đạt tỷ lệ chính xác 88%. Trong quá trình này, mạng lưới polymer tiêu thụ năng lượng hơn so với máy tạo nhịp tim nhân tạo.

Những ứng dụng tiềm năng của các hệ thống AI tương thích sinh học, có thể cấy ghép rất đa dạng. AI có thể được sử dụng để theo dõi rối loạn nhịp tim hoặc các biến chứng sau phẫu thuật và thông báo thường xuyên cho cả bác sĩ và bệnh nhân thông qua điện thoại thông minh, cho phép hỗ trợ y tế nhanh chóng kịp thời trong tình huống bất thường.

Matteo Cucchi, tác giả của báo cáo khoa học giải thích: “Ý tưởng kết hợp điện tử hiện đại với sinh học đã vượt qua một chặng đường dài trong những năm gần đây với sự phát triển được gọi là dây dẫn điện hỗn hợp hữu cơ”.

"Nhưng cho đến nay, thành công chỉ giới hạn ở các thành phần điện tử đơn giản như khớp thần kinh riêng lẻ hoặc các cảm biến. Cho đến lúc này, giải quyết các nhiệm vụ phức tạp hơn vẫn chưa thể thực hiện được. Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi đã thực hiện một bước quan trọng để hiện thực hóa ý tưởng này”.

Sử dụng sức mạnh của điện toán thần kinh, như điện toán hồ chứa, các nhà khoa học Đức thành công trong việc không chỉ giải quyết những nhiệm vụ phân loại tín hiệu phức tạp trong thời gian thực mà còn có khả năng thực hiện điều này trong cơ thể con người. Phương pháp tiếp cận này sẽ phát triển những hệ thống cấy ghép tương thích sinh học thông minh hơn nữa trong tương lai, có thể nhanh chóng phát hiện những dấu hiệu bệnh tật sớm, kịp thời điều trị để cứu sống con người.