从可穿戴设备到可吞咽设备工程师利用人工智能打造类似 GPS 的智能药丸

想象一下，没有 GPS 也能找到自己的位置。现在将其应用于追踪体内的物品。这一直是追踪“智能”药丸(配备智能传感器的药丸)吞下后位置的挑战。在南加州大学维特比工程学院，可穿戴电子设备和人工智能的创新推动了可摄入传感器的发展，这些传感器不仅可以检测胃中的气体，还可以提供实时位置跟踪。

这些胶囊由 Khan 实验室开发，专门用于识别与胃炎和胃癌相关的气体。这项研究将发表在《细胞报告物理科学》上，展示了如何通过新设计的可穿戴系统准确监测这些智能药丸。这一突破代表了可摄取技术的重大进步，南加州大学电气与计算机工程助理教授 Yasser Khan 认为，未来该技术可以作为“肠道 Fitbit”并用于早期疾病检测。

虽然带有传感器的可穿戴设备在跟踪身体功能方面前景广阔，但跟踪体内可摄入设备的能力却有限。然而，随着材料创新、电子设备微型化以及 Khan 开发的新协议，研究人员已经证明了能够跟踪设备在胃肠道中的位置。

Khan 的团队与南加州大学迈克尔逊融合生物科学中心的技术和医疗系统创新研究所 (ITEMS) 合作，在一件 T 恤上放置了一个可产生磁场的可穿戴线圈。该磁场与经过训练的神经网络相结合，使他的团队能够在体内定位胶囊。据该研究的主要作者、Khan 实验室的博士生 Ansa Abdigazy 称，此前从未在可穿戴设备上展示过这种技术。

该装置的第二项创新是新发明的“传感”材料。胶囊不仅配备了用于跟踪位置的电子设备，还配备了“对气体有选择性的光学传感膜”。这种膜由在氨气存在下电子会改变其行为的材料组成。

氨是幽门螺杆菌(一种肠道细菌)的成分，当氨含量升高时，可能是消化性溃疡、胃癌或肠易激综合征的信号。因此，Khan 说：“这种气体的存在是一种替代，可以用作早期疾病检测机制。”

南加州大学团队已在多种不同环境中测试了这种可摄取设备，包括液体环境和模拟牛肠。“带有可穿戴线圈的可摄取系统既紧凑又实用，为应用于人类健康提供了清晰的途径，”Khan 说。该设备目前正在申请专利，下一步是用猪模型测试这些可穿戴设备。

除了使用该设备早期检测消化性溃疡、胃炎和胃癌外，它还可能用于监测大脑健康。如何监测?因为存在脑肠轴。神经递质位于肠道中，“它们的上调和下调与神经退行性疾病有关，”Khan 说。

关注大脑是 Khan 研究的最终目标。他感兴趣的是开发非侵入性方法来检测与帕金森症和阿尔茨海默症相关的神经递质。