Una 'pelle elettronica' rivoluzionaria per monitorare lo stress: la tecnologia CARES di Caltech
Chi indossa questa "pelle elettronica", un piccolo e sottile adesivo indossato sul polso chiamato CARES, può svolgere normalmente le sue attività quotidiane con minima interferenza durante i test, mentre avviene la misurazione dei livelli di stress.
di Rosario Grasso pubblicata il 26 Gennaio 2024, alle 17:31 nel canale AppleNell'ambito dei sempre più innovativi studi sui sensori indossabili che utilizzano il sudore per identificare e misurare le condizioni fisiologiche, Wei Gao, professore associato di ingegneria medica al Caltech, ha ideato una "pelle elettronica" in grado di monitorare continuamente nove diversi indicatori che evidenziano l'insorgere di stress. Con il nome di CARES (Consolidated Artificial-Intelligence-Reinforced Electronic Skin), questo dispositivo misura i livelli di stress base e acuti mentre il soggetto svolge normalmente le sue attività quotidiane.
Fornire una definizione circostanziata di stress non è per niente semplice, in quanto il termine "stress" può essere applicato a una moltitudine di emozioni diverse, sintomi, comportamenti ed esperienze. Hans Selye, medico e chimico nato a Vienna nel 1907, fu il primo a definire lo stress come una condizione medica. Colpito da segnalazioni simili che riguardavano stanchezza, basso appetito e mancanza di motivazione, da parte di pazienti che lamentavano patologie diverse, Selye definì lo stress come una "risposta non specifica del corpo a qualsiasi tipo di richiesta".
Lo stress può essere vissuto positivamente come eccitazione o energia, o negativamente come shock o ansia. Ma indipendentemente da questo, oggi si concorda comunemente che, a seconda della sua gravità e durata, sia lo stress acuto che quello cronico possono danneggiare la nostra salute fisica e mentale e ridurre la nostra capacità di funzionare nella maniera corretta.
Poiché lo stress è, come lo descrisse Selye, "non specifico", non esiste un singolo biomarcatore in grado di dirci in modo definitivo se e quanto una persona sia stressata. Tuttavia, lo stress genera una serie di reazioni corporee che, prese insieme, possono fornire una misura dello stress. CARES è in grado di misurare questa correlazione.
"Quando una persona è sotto stress, ormoni come l'epinefrina, la norepinefrina e il cortisolo vengono rilasciati nel flusso sanguigno", spiega Gao, che è anche un ricercatore presso l'Heritage Medical Research Institute, in questo articolo. "Il sudore diventa ricco di metaboliti come glucosio, acido lattico e acido urico, e elettroliti come sodio, potassio e ammonio. Queste sono sostanze che abbiamo già misurato utilizzando il campionamento microfluidico su un sensore per il sudore indossabile (vedi link precedente ndr). Ciò che è nuovo in CARES è che i sensori per il sudore sono integrati con altri sensori che registrano il battito del polso, la temperatura della pelle e la risposta galvanica della pelle: segnali fisiologici che indicano lo stress in modi prevedibili."
Nuovi materiali migliorano ulteriormente le prestazioni di CARES. Anche se i materiali precedentemente utilizzati per i sensori per il sudore potevano essere prodotti efficientemente tramite stampa a getto d'inchiostro ed erano in grado di misurare con precisione anche composti molto rari, questi si deterioravano gradualmente in presenza di fluidi corporei. L'introduzione di un composto a base di nichel aiuta a stabilizzare i sensori che rilevano acido lattico o glucosio. Inoltre, un nuovo polimero a base di ioni (di nichel) aiuta a rilevare i biomarcatori come sodio o potassio. "L'aggiunta di questi nuovi materiali migliora notevolmente la stabilità del sensore durante il funzionamento a lungo termine", afferma Gao. Come i precedenti sensori per il sudore, CARES può essere alimentato a batteria e può comunicare in modalità wireless con un telefono o un computer tramite Bluetooth.
Un'altra innovazione importante di CARES è l'aggiunta di un sistema di machine learning. Poiché lo stress si manifesta in molte forme diverse e stimola una risposta complessa, interpretare con precisione una grande quantità di dati diventa fondamentale. I soggetti hanno anche risposto a questionari per dichiarare i loro sentimenti di ansia e stress psicologico prima e dopo l'esposizione a situazioni stressanti come gli allenamenti intensi e videogiochi particolarmente coinvolgenti. I dati hanno mostrato chiare correlazioni tra le dichiarazioni di stress e i dati fisico-chimici individuati da CARES.
"L'alto livello di stress e ansia causato da ambienti di lavoro impegnativi, come quelli vissuti da soldati o astronauti, può influire significativamente sulle prestazioni", sottolinea ancora Gao. "La rilevazione precoce della gravità dello stress consente un intervento tempestivo. Il nostro sensore indossabile, combinato con l'apprendimento automatico, ha il potenziale per fornire informazioni in tempo reale sui livelli di stress."
Per approfondimenti vi rimandiamo a questa e a questa documentazione.
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