На создание нового кардиомонитора учёных вдохновили уши морской черепахи

Основной способ, с помощью которого врачи следят за здоровьем сердца, — это «прослушивание» сердцебиения с помощью стетоскопа или более сложных технологий, таких как эхокардиограмма. Однако эти методы требуют посещения специалиста, поэтому исследователи стремятся разработать альтернативные, более дешёвые решения, которые люди могли бы использовать дома, что позволило бы проводить более частое тестирование и мониторинг.

Цзюньбин Цанг, преподаватель Северного университета Китая, и его коллеги специализируются на создании технологий кардиомониторинга. Их вдохновило внутреннее устройство слуховой системы морской черепахи, которая способна распознавать низкочастотные сигналы, особенно в диапазоне от 300 до 400 герц.

«Звуки работы сердца – это тоже низкочастотные сигналы, поэтому низкочастотные характеристики уха морской черепахи послужили для нас источником вдохновения», — объясняет Занг.

На первый взгляд кажется, что у черепах нет ушей. Их слуховая система находится под слоем кожи и жира, через который она улавливает вибрации. Как и у человека, маленькая косточка в ухе черепахи вибрирует, когда в неё попадают звуки, и, колеблясь, эти импульсы преобразуются в электрические сигналы, которые отправляются в мозг для обработки и интерпретации.

Но у морских черепах есть уникальный тонкий Т-образный канал, который охватывает их слуховые косточки, ограничивая движение таких же Т-образных слуховых косточек, чтобы они вибрировали только перпендикулярно. Такая конструкция обеспечивает их слуховой системе высокую чувствительность к вибрациям.

Цанг и его коллеги решили создать систему мониторинга сердца с аналогичными характеристиками. Они создали Т-образный датчик сердечного звука, имитирующий ушные косточки морских черепах, с помощью крошечного консольного балочного датчика MEMS. Когда звук попадает в датчик, вибрации вызывают деформации в его балке, а колебания сопротивления напряжения затем преобразуются в электрические сигналы.

Сначала исследователи проверили способность датчика обнаруживать звук в лабораторных условиях, а затем проверили его способность отслеживать сердцебиение на двух людях-добровольцах в возрасте около 20 лет. Результаты, описанные в исследовании, опубликованном 1 апреля в журнале IEEE Sensors, показывают, что датчик может эффективно обнаруживать две фазы сердцебиения.

«Датчик демонстрирует отличные вибрационные характеристики», — говорит Цанг, отмечая, что он обладает более высокой чувствительностью к вибрациям по сравнению с другими акселерометрами, представленными на рынке.