IBM新研究:仅凭手指甲就可以监测身体的健康状况,还能预防帕金森病?

你的手指甲也可以反映出身体的健康状况吗?近日,IBM团队推出了一种新型“指尖传感器”,可以通过附着在手指甲上的传感器系统,检测用户握力大小,并借此监测用户的健康状况,尤其在是否存在帕金森病等精神疾病隐患方面,该传感器的表现更加突出。该研究成果发表在了《Scientific Reports》上。

▲指甲上的传感器可以检测手指活动(图片来源:IBM blog)

研究表明,握力与帕金森病患者用药的有效性、精神分裂症患者的认知功能、心血管健康状况以及衰老相关疾病的死亡率相关。通常研究人员会采取在皮肤上安装一个传感器的方式,来捕捉动作、肌肉和神经细胞的健康状况、以及汗腺活动的变化等等,从而衡量一个人的情绪状态。然而,由于一般需要进行监测的对象通常为老年人,他们的皮肤状态都比较脆弱,使用传感器有时会引发皮肤感染等问题。

然而,来自IBM的研究人员发现,我们手指甲可以很好的解决这个问题。我们日常生活中每天都少不了使用双手与周围的事物进行互动,比如使用触觉来感知物体的压力、温度和表面纹理等等。每当我们用手指来抓或者握住什么东西,甚至仅仅弯曲或者伸直手指,我们的指甲都会出现变形,一般以弯曲或移动这两种形式为主。这种变形通常幅度只有几微米,我们的肉眼是看不到的,但是如果使用传感器的话,就可以非常轻易地检测到。

▲传感器检测不同的手指运动,得到的数据(图片来源:《Scientific Reports》)

因此,研究人员尝试对手指甲在不同活动中出现的变化进行研究,并利用人工智能机器学习的力量来从数据中获得有价值的见解。同时,由于指甲的坚韧程度很高,因此也不用担心传感器可能带来的各种皮肤问题。

为了确认自己想法的可行性,研究人员对这种传感器进行了实际验证。结果发现,传感器可以区分需要旋转的一些手部活动,例如转动钥匙、拧门把手或者使用螺丝刀。研究人员甚至还训练了一个神经网络,来检测佩戴传感器的手指所写的数字,其准确度也非常之高。

这套神奇的系统由附在指甲上的一种名为应变仪的传感器和一台小型计算机组成,可以对应变值进行采样,收集加速度计数据并将这些数据传送至智能手表端。接着,智能手表就可以运行机器学习模型,来评估运动迟缓、震颤和运动障碍,而这些都是帕金森病的典型症状。 

▲传感器的工作示意图(图片来源:《Scientific Reports》)

研究人员表示,这种新型传感器收集的数据有助于医生更好地监测患者的健康状况,以及使用新疗法或药物进行治疗。同时,这项研究也为使用指尖结构作为模型的新设备提供了灵感。说不定有朝一日,这种黑科技还可以帮助四肢瘫痪者进行交流呢。

参考资料:

[1] Fingernail Sensors and AI Can Help Clinicians to Monitor Health and Disease Progression. Retrieved December 28, 2018, from https://www.ibm.com/blogs/research/2018/12/fingernail-sensors/

[2] IBM's Fingernail Sensor Could Evaluate New Parkinson's Medications. Retrieved December 28, 2018, from https://futurism.com/the-byte/fingernail-sensor-monitors-health

[3] Sakuma, et al., (2018). Wearable Nail Deformation Sensing for Behavioral and Biomechanical Monitoring and Human-Computer Interaction. Scientific Reports, doi: https://doi.org/10.1038/s41598-018-36834-x

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