Nasza przyszłość w branży wearable, część 1: Jak będzie wyglądać nowa technologia?

Jerilyn Covert

Jest to pierwsza część dwuczęściowej serii na temat przyszłości technologii wearable. Część druga analizuje niesamowite postępy w dziedzinie mocy i elektroniki, które sprawią, że przyszłe wearables będą działać i można je znaleźć tutaj.

23 sierpnia 2022 roku - Michael Snyder codziennie nosi na swoim ciele osiem czujników, w tym dwa smartwatche na każdym nadgarstku.

Przesada? Nie. Jest genetykiem badającym, jak śledzić stan zdrowia ludzi za pomocą wearables - stosunkowo nowego terminu dla urządzeń, które nosimy na skórze lub w jej pobliżu, aby zmierzyć wszystko, od tętna do liczby schodów, które pokonujemy każdego dnia.

W rzeczywistości, byłoby dziwne, gdyby nie poszedł ostro w stronę elektronicznego osprzętu. Jest on dyrektorem Stanford Center for Genomics and Personalized Medicine i jednym z pierwszych, którzy pokazali, jak smartwatch może wykrywać choroby zakaźne. Przypadek: Snyder użył kiedyś smartwatcha do wykrycia własnej choroby z Lyme, zanim pojawiły się jej objawy.

To tylko namiastka tego, do czego wkrótce będą zdolne urządzenia wearables dla nas wszystkich.

Oczywiście już dziś mamy przedsmak tej przyszłości. Żyjemy w czasach, w których zegarek liczy spalone kalorie, spodnie poprawiają Twoją pozycję w jodze, a okulary wyświetlają powiadomienia tuż przed Twoimi oczami.

Ale urządzenia wearables jutra nie będą tylko wspomagać Twojego treningu lub telefonu komórkowego - będą ostrzegać Cię przed nadchodzącą chorobą, zarządzać stanami przewlekłymi i pomagać lekarzom w dostosowaniu leczenia do unikalnych potrzeb każdego pacjenta.

A najlepsze jest to, że będą to wszystko robić poza kliniką - dzięki czemu będziesz mógł poświęcić ten czas na pracę, spotkania towarzyskie lub prowadzenie własnego życia.

Witamy w naszej przyszłości opartej na urządzeniach noszonych.

Dzisiejsza technologia z epoki kamienia łupanego wskazuje na jutrzejsze cuda medycyny

Fantastyka naukowa od dziesięcioleci obiecuje nam nowe, fajne rzeczy na naszej skórze - ale jak naprawdę będą wyglądać i co będą w stanie zrobić nasze urządzenia wearables? Przyszłość nabiera tempa dzięki postępom w dziedzinie materiałów, czujników i źródeł zasilania, które mają na celu stworzenie urządzeń wearables nowej generacji, które osiągną dwa główne cele: Być mniej inwazyjnym i bardziej niezawodnym.

W rzeczywistości ten nowy, odważny świat wearables obejmuje etapy rozwoju, a niektóre z tych gadżetów można kupić już teraz.

Smartwatche mierzą tętno i wzorce snu - powstające aplikacje mogą wykorzystać te dane, aby wykryć infekcję COVID-19 przed Tobą. Przytulna koszulka może mierzyć Twoje parametry życiowe w sposób ciągły w czasie rzeczywistym. A plaster na skórę z tyłu ramienia może mierzyć poziom glukozy 24 godziny na dobę, bez konieczności nakłuwania palców - możesz zobaczyć w czasie rzeczywistym, jak Twoja dieta wpływa na poziom cukru we krwi, dając Ci spersonalizowaną mapę drogową, jak się odżywiać.

Jeszcze inni idą dalej, starając się uczynić wearables przyjaznymi dla naszego codziennego życia, czyniąc je mniejszymi, bardziej elastycznymi, rozciągliwymi, a nawet nadającymi się do prania.

Przyszłe urządzenia wearables mogą być "niewidzialne", wtapiające się w ubranie lub dostosowujące się do ciała - mówi dr Veena Misra, dyrektor finansowanego ze środków federalnych Centrum ASSIST, które skupia naukowców z North Carolina State University i instytucji partnerskich w celu stworzenia urządzeń wearables nowej generacji.

Wyobraź sobie normalnie wyglądającą koszulę z niewidocznymi czujnikami wszytymi w tkaninę, albo urządzenie tak małe, że może ukryć się pod paznokciem - lub nawet wewnątrz ciebie (to nie jest rozrusznik serca twojej babci).

"Gdy urządzenia wearables będą bardzo cienkie i przypominające skórę, staną się bardziej użyteczne i skuteczne" - mówi Misra.

To powiedziawszy, sukces nie jest gwarantowany. Rozwijanie tej technologii jest, używając technicznego określenia, naprawdę trudne. Nawet jeśli nauka się powiedzie, na drodze do klinicznego i komercyjnego zastosowania pozostanie wiele przeszkód. Choć wokół wearables panuje ogromne podniecenie, wszyscy wiemy, że szum wokół nowej technologii nie zawsze pozwala przewidzieć wielkość rynku. (Wystarczy zapytać osobę noszącą Google Glass, o ile uda się taką znaleźć). IDC, globalna firma zajmująca się badaniem rynku, poinformowała o spadku rynku wearables w pierwszym kwartale 2022 roku.

Pomimo wyzwań, naukowcy nadal starają się upewnić, że niezależnie od tego, jakie urządzenia będą kluczem do naszej przyszłej opieki zdrowotnej, będziemy je dobrze nosić.

Dlaczego Wearables?

"Big data" jest pozytywnie gargantuiczna w zdrowiu i medycynie. W miarę jak uczenie maszynowe, sztuczna inteligencja (AI) i analityka danych ewoluują, aby wykorzystać moc tych wszystkich danych, urządzenia wearables są idealnymi nośnikami do ich gromadzenia.

Te postępy są "symbiotyczne", mówi dr Michael Daniele, profesor nadzwyczajny inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. "Jeśli dobrze wykonamy wearable, dostarczy ono wysokiej jakości danych, które można następnie umieścić w rurociągu uczenia maszynowego-AI-big data". Podobnie, te dane są bezwartościowe bez tych narzędzi do przekształcenia ich w informacje, mówi.

W przeciwieństwie do metod konwencjonalnych - z których prawdopodobnie korzystasz tylko podczas wizyt u lekarza raz lub dwa razy w roku - urządzenia wearables można założyć w dowolnym miejscu i czasie, śledząc dane w sposób ciągły i ujawniając trendy zdrowotne. To może pomóc lekarzom "wypełnić luki" przy stawianiu diagnozy lub prognozy, mówi Daniele. "To daje lekarzom kolejną strzałę w kołczanie".

Upoważnia również Ciebie, przeciętnego człowieka, zapewniając Ci wgląd w Twoje ciało w czasie rzeczywistym. Ciągłe monitorowanie zapewnia linię bazową - a twoja linia bazowa jest unikalna dla ciebie - ujawniając problemy i ostrzegając cię przed niekorzystnymi zdarzeniami.

Hence Snyder flagowanie jego choroby z Lyme, zanim poczuł coś.

"Nie jeździsz samochodem wokół bez deski rozdzielczej", mówi. "Twierdziłbym, że równie szalone jest poruszanie się bez monitora zdrowia".

Badania pokazują, że smartwatche z EKG mogą zdiagnozować migotanie przedsionków (AFib) z zaskakującą dokładnością (a niektóre główne marki już otrzymały zatwierdzenie FDA dla funkcji AFib), i mogą pewnego dnia okazać się przydatne do flagowania ataków serca, jak również.

Snyder i jego zespół są pionierami aplikacji, która paruje się ze smartwatchem w celu wykrycia infekcji i choroby.

"Możemy teraz powiedzieć, czy masz COVID w 80% przypadków, zanim wystąpią objawy", mówi. "Mediana wynosi 3 dni przed wystąpieniem objawów".

Ma on nadzieję na skalowanie tej technologii w ciągu 5 lat, dzięki czemu będzie ona dostępna dla każdej osoby. "3,8 miliarda ludzi ma smartfon", mówi. "Wszystko, co musisz zrobić, to sparować to ze smartwatchem i masz monitor zdrowia dla 3,8 miliarda ludzi".

Jak będą wyglądać przyszłe urządzenia wearables?

Oczywiście, zanim wearables zmienią świat, musimy być chętni do, no wiesz, noszenia ich.

Oznacza to urządzenia, które nie krzyczą "Hej, mam problemy zdrowotne!". Kluczowa jest też wygoda - im mniej musimy nimi zarządzać i wchodzić z nimi w interakcje, tym lepiej. Już dziś odczuwamy te ograniczenia.

"Posiadam zegarek Apple, ale całkowita liczba godzin tygodniowo, które go noszę, nie przekracza 20" - mówi dr Alper Bozkurt, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej w NC State. "Jednym z powodów jest to, że muszę go ciągle ładować, a ja ciągle zapominam o nim na ładowarce. Docieram do mojego biura i mówię: 'O rany, zapomniałem zegarka'".

Przyszłe wearables będą "założyć i zapomnieć", mówi Bozkurt. Wystarczy go założyć i znika w tle, nie trzeba go ładować ani nawet o nim myśleć.

Co zobaczymy:

Inteligentna biżuteria

Mamy już elektroniczne zegarki i pierścionki, a więcej inteligentnej biżuterii (jak kolczyki) będzie nadchodzić. Ale dla przyjęcia konsumentów, zegarki i opaski wydają się mieć najbardziej atrakcyjny styl. A biorąc pod uwagę ich popularność - prawie 200 milionów sztuk w 2021 roku, według firmy badawczej i konsultingowej Gartner - coroczne "nowe modele" mają jeszcze większy sens marketingowy.

Jednak wraz z rozwojem miękkiej elektroniki, urządzenia noszone na nadgarstku mogą stać się cieńsze, przypominając kiedyś kawałek taśmy owiniętej wokół nadgarstka, mówi Daniele.

Odzież

Ubrania są przydatne do zastosowania elektroniki i czujników na większych obszarach ciała, mówi dr Jesse Jur, dyrektor ds. technologii ekosystemu w Advanced Functional Fabrics of America. Na przykład, "trójkąt Einthovena, który może wyraźnie uzyskać sygnał elektrokardiogramu", mówi, odnosząc się do standardowego umieszczenia przewodów na całym ciele dla EKG.

Mimo to, monitorowanie może być ograniczone z bardzo podstawowego ludzkiego powodu, mówi Jur: Zmieniamy nasze ubrania.

Wiele firm skupia się na odzieży sportowej. Athos oferuje inteligentną odzież, która wykrywa aktywność mięśni podczas treningu. Sensoria Health oferuje górną część odzieży, która mierzy tętno i skarpetki, które mierzą chód i uderzenie stopy.

Inne zastosowania mogą przekroczyć zakres od konsumenckich do klinicznych. Montrealska firma Hexoskin sprzedaje koszulki, które monitorują tętno i zdrowie układu oddechowego. Kalifornijska firma Biotricity oferuje opaskę na klatkę piersiową z zatwierdzonym przez FDA systemem monitorowania serca dla pacjentów kardiologicznych, a nowo powstająca firma Nanowear posiada zatwierdzoną przez FDA uprząż, która w czasie rzeczywistym rejestruje 85-plus biomarkerów.

Dzisiejsze inteligentne ubrania zazwyczaj zawierają wymienne elementy (mikrokontroler, bateria), ale w miarę postępów w tej dziedzinie, mogą one pewnego dnia zostać zintegrowane z ubraniem, mówi Jur. Będzie je można również prać.

Rodzaj odzieży zależy od tego, co chcesz zmierzyć. Jednak kompresja jest niezbędna, aby uzyskać informacje z wnętrza ciała. Możliwości obejmują koszulki, szorty, bieliznę, staniki, opaski na głowę, czapki z daszkiem i rękawy na ramię - mówi Jur, który jest również szefem badań nad nano-rozszerzonymi tekstyliami w NC State's Wilson College of Textiles.

Naszywki

Wielu ekspertów stawia nie na zegarki czy ubrania, ale na nową klasę urządzeń do noszenia, które przylegają do skóry jak naklejki, plastry czy tymczasowe tatuaże. Choć plastry nie są jeszcze powszechnie akceptowane, obiecują większą elastyczność techniczną w zakresie budowy czujnika lub interfejsu ze skórą - mówi Daniele.

Prawdopodobnie największym dotychczasowym sukcesem jest ciągły monitor glukozy - taki jak Freestyle Libre firmy Abbott czy Dexcom G6 - który można nosić przez 10 do 14 dni, badając poziom glukozy co kilka minut i przesyłając informacje bezprzewodowo do telefonu komórkowego. Zazwyczaj noszone na brzuchu lub z tyłu ramienia, działają one poprzez maleńki czujnik umieszczony pod skórą, który mierzy poziom glukozy w płynie śródmiąższowym - płynie znajdującym się w przestrzeni między komórkami.

Inny płyn, który może okazać się przydatny: pot. Naukowcy są już w stanie zmierzyć poziom glukozy i kwasu mlekowego w pocie, a obecnie trwają prace nad odkryciem, co jeszcze w pocie może być przydatne.

Do czego będą służyć przyszłe urządzenia ubieralne?

Potencjał nowych światowych aplikacji zdrowotnych jest ogromny. W niektórych przypadkach urządzenia wearables mogą ułatwić śledzenie stanu zdrowia. Zamień stetoskop na opaskę na klatkę piersiową, lub nieporęczny monitor Holtera na wygodną koszulę. Potrzebujesz badań laboratoryjnych? Zrezygnuj z igły i zamiast tego załóż czujnik potu lub płynu śródmiąższowego.

Inne badane obszary:

Delikatne, przypominające skórę czujniki. Dr John Rogers, profesor nauk materiałowych, inżynierii biomedycznej i chirurgii neurologicznej na Uniwersytecie Northwestern, opracował już "bardzo miękki, cienki, elastyczny, przypominający skórę" czujnik bezprzewodowy, który jest bardzo delikatny. Został on zaprojektowany tak, aby każdy mógł z niego skorzystać, ale sugeruje, że wcześniaki na intensywnej terapii "mogłyby skorzystać najbardziej".

Ci delikatni pacjenci muszą mieć stale monitorowane parametry życiowe, co wiąże się z "szczurzym gniazdem" przewodów i taśm, wyjaśnia. Jednak on i jego zespół (poprzez swoją firmę Sibel Health) opracowali bezprzewodowe czujniki monitorujące, które oszczędzają delikatne ciało dziecka i pomagają zapewnić zdrowy kontakt skóra do skóry z matką.

Ponieważ te czujniki są wielokrotnego użytku i mogą współpracować ze smartfonami, mogą być idealne w krajach rozwijających się, które nie mogą sobie pozwolić na wiele drogich urządzeń monitorujących, mówi Rogers. Tysiące zostały już rozmieszczone w Zambii, Ghanie, Kenii, Indiach, Pakistanie i Meksyku.

"Śmiertelność noworodków w krajach o niskim i średnim dochodzie jest bardzo wysoka" - mówi dr William Macharia, pediatra z Aga Khan University w Nairobi w Kenii, który testował urządzenie na około 250 noworodkach przebywających na intensywnej terapii. "Większość zgonów następuje w ciągu pierwszych 2 tygodni".

Dzięki temu urządzeniu, niemowlęta mogłyby być monitorowane znacznie wcześniej, ujawniając problemy wcześniej i mając nadzieję na uratowanie życia, mówi.

Platforma - która otrzymała zgodę FDA na stosowanie w opiece niekrytycznej u dorosłych pacjentów - może mieć zastosowanie na wszystkich wydziałach medycznych. Rogers bada również możliwości wykorzystania jej w opiece nad matkami, osobami po udarze oraz pacjentami cierpiącymi na chorobę Parkinsona i Alzheimera. Jedna z wersji może przesiać bezdech senny, skutecznie sprowadzając laboratorium snu do domu.

Monitorowanie i diagnoza zdrowia psychicznego. Niektóre choroby psychiczne mogą być łatwiej leczone za pomocą urządzeń wearables, które, na przykład, mierzą poziom hormonów stresu. "Istnieje zwiększone zainteresowanie próbą pomiaru poziomu kortyzolu u ludzi" - mówi dr Zhenan Bao, profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Stanforda.

Lekarze już teraz badają poziom kortyzolu poprzez krew, ślinę lub mocz. Ale urządzenie typu wearable mogłoby - poprzez płyn śródmiąższowy lub pot - być używane do ciągłego śledzenia kortyzolu, ustanawiając poziom podstawowy i śledząc, czy poziom stresu u pacjenta poprawia się czy pogarsza" - mówi.

Nie tylko to, informacje te mogłyby być połączone z innymi pomiarami funkcji ciała, takimi jak tętno i przewodnictwo skóry, aby osiągnąć bardziej precyzyjną diagnozę i leczenie, mówi Bao.

Przestrzeganie i dawkowanie leków. Pot może okazać się kluczem do monitorowania leków, mówi dr Jason Heikenfeld, profesor inżynierii elektrycznej na Uniwersytecie w Cincinnati. Nie tylko będziemy mogli wiedzieć, czy dana osoba przyjęła lek, ale również lekarze będą mogli monitorować, jak szybko każda osoba go metabolizuje. Pozwoli to lekarzom przepisywać niestandardowe dawki, zmniejszając skutki uboczne i czyniąc leki bardziej skutecznymi.

"To będzie epoka kamienia łupanego" - mówi Heikenfeld o obecnych czasach. "Będziemy jak, poszedłeś do sklepu i twoja 85-letnia babcia, która waży 95 funtów, i ty, który masz 32 lata i nadwagę, dostałeś tę samą butelkę X, która mówi 'weź tyle co cztery godziny do tej dawki'. To nie ma żadnego sensu".

I tak wiele więcej. Misra i jej zespół w Centrum ASSIST opracowują czujniki do pomiaru jakości powietrza, co być może pozwoli nam przewidzieć zdrowie układu oddechowego. Inne urządzenia mogłyby mierzyć ludzki zapach - substancje lotne w oddechu są związane z rakiem - ujawniając na przykład, czy pacjent z rakiem jest w remisji, mówi Misra. Śledzenie zachowania u starszych dorosłych mogłoby pomóc wykryć zmiany w umiejętnościach myślenia lub pamięci.

"Wearables będą stawały się coraz bardziej predyktorem zdrowia" - mówi Misra. Jeśli możemy przewidzieć warunki lub złapać chorobę wcześnie, możemy interweniować wcześniej i mieć lepsze wyniki zdrowotne.

W miarę jak te urządzenia będą coraz bardziej akceptowane, przekroczą granicę z opieki zdrowotnej do wellnessu konsumenckiego, poprawiając nie tylko wyniki medyczne, ale także zmiany stylu życia na szeroką skalę, mówi Daniele.

"A potem jest błękitne niebo", mówi. "Jeśli każdy nosi urządzenie, które coś mierzy, czy możemy zacząć robić takie rzeczy jak analiza zdrowia populacji?". Albo czy możemy bardziej strategicznie powstrzymać rozprzestrzenianie się chorób zakaźnych?

Mimo to, nawet gdy laboratoria pękają w szwach od demonstracji, przejście w rzeczywistość rodzi pytania: Czy ludzie będą nosić urządzenia wearables? Czy te urządzenia będą dostarczać wysokiej jakości danych? Jak te dane będą się miały do naszych obecnych złotych standardów w całej medycynie?

Misra jest optymistą. Przewiduje poważny rozwój urządzeń wearables w warunkach klinicznych i komercyjnych w ciągu 5 lat.

W końcu wielu z nas jest już przyzwyczajonych do posiadania urządzeń zbierających dane na sobie lub wokół siebie. Oznacza to, że przyszłość zdrowia i technologii medycznej, na wiele sposobów, jest już tutaj i na twoim nadgarstku ... tylko czeka na aktualizację.