Магнитная ручка, напечатанная на 3D-принтере, может помочь диагностировать болезнь Паркинсона

В журнале Nature Chemical Engineering исследователи из Калифорнийского университета рассказали, как они разработали ручку с мягким силиконовым наконечником, содержащим встроенные магнитные частицы. В основе работы ручки лежит сочетание двух технологий: гибкого магнитоупругого наконечника и резервуара с феррожидкостью – жидкостью с мелкими магнитными частицами. Во время письма наконечник деформируется под давлением, меняя свое магнитное поле, а феррожидкость в чернилах начинает двигаться. Эти процессы вместе вызывают напряжение в катушке, встроенной в корпус ручки. В итоге каждое колебание и тремор руки создает свой уникальный электрический сигнал.

Силиконовый наконечник ручки с добавлением неодимовых частиц функционирует как гибкий магнит. При этом чернила вовсе не обязаны оставлять след на поверхности – достаточно их движения, будь то письмо на бумаге или просто в воздухе. По мнению исследователей, именно это играет решающую роль. В отличие от обычных цифровых ручек, которые в основном отслеживают траекторию письма, новое устройство фиксирует само движение руки, включая дрожание – то есть тремор, а не только сам почерк.

В рамках исследования ученые протестировали 16 человек: 13 здоровых и 3 с болезнью Паркинсона. Каждый участник выполнил три задания с помощью ручки: рисовал волнистые линии, спирали и шесть заглавных букв (MEGPEN), как на бумаге, так и в воздухе. Полученные электрические сигналы были проанализированы с помощью различных моделей машинного обучения. Лучшую точность – 96,22% – показала нейронная сеть, которая эффективно отличала пациентов с болезнью Паркинсона от здоровых участников.

Этот искусственный интеллект не распознавал сами формы на бумаге. Вместо этого он анализировал характеристики сигналов – такие как всплески, пики и мелкие колебания, которые связаны с тремором, ригидностью и замедленностью движений. У пациентов с болезнью Паркинсона выявились особые паттерны, включая "незначительные пики" во время письма, которых не было у здоровых людей.