Инженеры Национального университета Сингапура разработали носимый датчик, способный определять уровень усталости и стресса по сигналам организма даже во время движения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Sensors.
Современные фитнес-трекеры и медицинские носимые устройства пытаются отслеживать показатели сердечно-сосудистой системы, однако их точность резко падает при ходьбе или другой физической активности. Движения тела и мышц создают сильные помехи, из-за которых слабые сигналы сердца и артериального давления становятся трудными для анализа.
Чтобы решить эту проблему, команда создала платформу на основе метагидрогеля — мягкого материала, который крепится к коже и помогает фильтровать шумы еще на уровне датчика.
Внутри гидрогеля наночастицы формируют микроструктуры, которые поглощают механические колебания и уменьшают помехи от движения. Одновременно специальный водно-глицериновый электролит пропускает низкочастотные сигналы сердца и подавляет высокочастотные электрические шумы, возникающие в мышцах. После этого алгоритмы машинного обучения очищают оставшиеся помехи и анализируют полученные данные.
Такая комбинация позволила значительно улучшить качество сигнала электрокардиограммы. Соотношение сигнал/шум увеличилось с 5,19 до 37,36 дБ, что соответствует клиническим стандартам и превосходит показатели большинства коммерческих трекеров.
Используя эти данные, система машинного обучения смогла оценить уровень усталости с точностью около 92 % в рамках тестирования. Ученые объясняют, что переутомление и стресс отражаются в работе вегетативной нервной системы — это проявляется в изменениях вариабельности сердечного ритма, давления и характеристик ЭКГ.
По словам исследователей, технология может помочь объективно отслеживать выгорание, стресс и хроническую усталость, особенно у людей, чья работа требует высокой концентрации — например, водителей, авиадиспетчеров, врачей или операторов сложной техники.
Кроме того, платформа способна улавливать и другие биосигналы — дыхание, звуки сердца, мозговые волны и движения глаз, что делает ее перспективным инструментом для мониторинга психического и физического здоровья.
Ранее стало известно, в каких случаях голова может «взрываться» при засыпании.