Носимая ультразвуковая технология предлагает новый подход к изучению мышечной активности, который может стать альтернативой традиционной электромиографии. ЭМГ использует металлические электроды для регистрации электрических сигналов мышц, однако этот метод имеет ограничения. Он обеспечивает низкое разрешение и часто не позволяет различить активность отдельных мышечных волокон из-за наложения сигналов. Ультразвук, в свою очередь, обладает высоким разрешением и проникает в глубокие ткани, обеспечивая детальную визуализацию мышечной активности. Разработанная командой ультразвуковая система отличается компактностью, беспроводной работой и низким энергопотреблением. Она может применяться для длительного непрерывного мониторинга мышечной функции в повседневной жизни.
Устройство заключено в гибкий корпус из силиконового эластомера и состоит из трех ключевых компонентов. Преобразователь передает и принимает ультразвуковые волны. Беспроводная схема управляет преобразователем, записывает данные и передает их на компьютер. Литий-полимерная батарея обеспечивает питание системы в течение не менее трех часов.
Ключевым новшеством стало применение единственного ультразвукового датчика для эффективного исследования глубоких тканей. Датчик излучает ультразвуковые волны регулируемой интенсивности и регистрирует радиочастотные сигналы, содержащие много ценной информации. Благодаря этому устройство обеспечивает высокое пространственное разрешение, необходимое для выделения отдельных движений мышц. Для извлечения дополнительной информации исследователи разработали алгоритм искусственного интеллекта, который сопоставляет полученные сигналы с соответствующим распределением мышц.
При ношении на грудной клетке устройство измеряет толщину диафрагмы с точностью до миллиметра. Этот параметр важен для оценки функций дыхания и прогнозирования исходов у пациентов на искусственной вентиляции легких.
Анализируя движение мышц, прибор выявляет различные дыхательные паттерны, что может быть полезно для диагностики астмы, пневмонии и ХОБЛ. В ходе пилотного исследования устройство успешно различало дыхание пациентов с ХОБЛ и здоровых людей.
Если закрепить датчик на предплечье, он будет отслеживать движения мышц кисти и запястья. Благодаря искусственному интеллекту устройство распознает различные жесты рук исключительно по ультразвуковым сигналам. Система охватывает 13 степеней свободы, включая 10 суставов пальцев и три угла поворота запястья. В результате она может улавливать даже незначительные движения запястья и пальцев с высокой чувствительностью.
Участники испытаний, носившие устройство на предплечье, управляли роботизированной рукой, которая пипеткой набирала воду в стаканы. В другой демонстрации прибор помог в виртуальной игре — движения запястья использовались для управления полетом птицы. Это подчеркивает потенциал технологии для протезирования, игр и других приложений интерфейса «человек-машина». В дальнейшем исследователи планируют улучшить точность, портативность, энергоэффективность и вычислительные возможности технологии.
