Исследователи разработали систему, способную определять уровень увлажненности (гидратации) организма одним касанием сенсорного экрана. Прорыв превращает мобильные телефоны в биомедицинские датчики, без игл, без дополнительных устройств и с результатами за считанные секунды.
Обезвоживание не всегда подает четкие сигналы. Часто, когда мы чувствуем жажду, мы уже начинаем терять важные физиологические функции. Это явление усугубляется в таких ситуациях, как интенсивные физические нагрузки или длительное голодание, когда потеря жидкости может повлиять на работоспособность, здоровье сердечно-сосудистой системы и когнитивные функции. Что, если бы такой простой жест, как прикосновение к экрану мобильного телефона, мог вовремя предупредить нас?
Это предложение группы ученых из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST), которые разработали неинвазивную систему для определения уровня гидратации с помощью емкостных датчиков, подобных тем, которые уже есть в смартфонах. Исследование было опубликовано в журнале IEEE Sensors Journal в мае 2025 года и демонстрирует, как небольшое изменение электрического отклика кожи может показать, сколько жидкости мы потеряли, без необходимости использования игл или внешних устройств.
Команда, возглавляемая инженером Тариком Аль-Наффури, оценила систему на две группы, уязвимые для обезвоживания: люди, соблюдающие пост во время Рамадана, и спортсмены после физических нагрузок. Результаты показывают высокую точность классификации различных состояний гидратации, что вскоре может быть преобразовано в доступный и массовый инструмент, который можно интегрировать даже в наши современные мобильные телефоны.
Емкостная технология: что говорит ваша кожа при прикосновении к экрану
Исследование основано на предпосылке, известной в биоэлектронике: кожа действует как диэлектрик, емкость которого изменяется в зависимости от уровня воды в организме. Чем более обезвожен человек, тем ниже способность его кожи накапливать электрический заряд. Это свойство можно измерить с помощью датчиков, подобных тем, которые уже есть на экранах смартфонов.
Исследователи использовали плату FDC2114, оснащенную двумя датчиками, для имитации поверхности мобильного телефона. Каждый раз, когда участник нажимал кончиком пальца на датчик, датчик регистрировал его емкость, генерируя данные, которые впоследствии анализировались с помощью статистических моделей и моделей машинного обучения.
Идея превратить обычный дисплей в неинвазивный биомедицинский инструмент представляет собой значительную эволюцию по сравнению с другими, более сложными и дорогостоящими методами, такими как биосенсорные наклейки или носимые устройства. Это демократизирует доступ к информации о состоянии гидратации, устраняя технологические барьеры.
Два разных контекста, один и тот же риск: обезвоживание во время голодания и во время занятий спортом
Чтобы проверить свою систему, ученые проанализировали 35 человек, которые соблюдали пост во время Рамадана и 10 спортсменов, подвергавшихся интенсивным физическим нагрузкам. В обеих группах обезвоживание проявляется разными механизмами: недостаточным потреблением воды в первом случае и чрезмерным потоотделением во втором.
В случае голодающих людей с утра до заката проводилось пять измерений в день, в то время как спортсмены тестировались до и после тренировки. Собранные данные включали кожную емкость и личные переменные, такие как вес и пол, что позволило адаптировать модели к каждому профилю.
Этот подход продемонстрировал четкие различия между показателями обезвоживания в обеих группах, подчеркнув необходимость разработки персонализированных моделей в зависимости от контекста. Например, потеря воды из-за пота имеет тенденцию быть более резкой и переменной, в то время как во время голодания обезвоживание прогрессирует и предсказуемо.
«Также разумно ожидать, что этот подход однажды может принести пользу другим уязвимым группам, включая очень пожилых, очень молодых и людей с заболеваниями почек», говорит Ан-Наффури.
Искусственный интеллект, который преобразует электрические сигналы в сигналы о состоянии здоровья
Анализ данных проводился с использованием различных моделей классификации: от двоичных (гидратированный против обезвоженного) до пяти уровней гидратации. Модель линейной логистической регрессии показала наилучшие результаты, достигнув точности до 92 % в группе спортсменов и 87% в группе голодания.
Эта производительность обусловлена способностью модели обнаруживать небольшие отклонения в емкости кожи, связанные с изменениями содержания воды в организме. Кроме того, были применены методы доменной адаптации для точной настройки моделей при использовании с разными типами населения.
Авторы подчеркивают, что обучение конкретным моделям для каждой группы риска значительно повышает точность, что является ключевым моментом, если вы хотите внедрить эту технологию в клинических условиях или в условиях самообслуживания.
Они также подчеркивают, что этот инструмент может быть распространен на другие уязвимые группы, такие как пожилые люди, дети и пациенты с заболеваниями почек.
Увлажнение в режиме реального времени, без внешних устройств и суеты
В будущем цель состоит в том, чтобы интегрировать эту технологию в доступное мобильное приложение, которое использует существующие датчики и предоставляет персонализированные оповещения о состоянии гидратации, поощряя здоровые привычки, не требуя постоянного медицинского вмешательства.
Одним из наиболее важных результатов исследования является простота использования. В отличие от традиционных методов, требующих взятия крови, наклеивания датчиков или специального оборудования, здесь достаточно просто прикоснуться к экрану мобильного телефона.
Это удобство представляет собой важное преимущество для его применения в труднодоступных местах, в жарких условиях или в чрезвычайных ситуациях. Кроме того, тот факт, что используемые датчики уже встроены в миллионы мобильных устройств, делает их внедрение мгновенным, без необходимости разработки нового оборудования.
Клинические и профилактические последствия: помимо личного благополучия
Помимо академического интереса, это исследование имеет практическое значение для общественного здравоохранения и профилактической медицины. Хроническое или рецидивирующее обезвоживание связано с проблемами почек, сердечно-сосудистой системы и когнитивных функций. Обнаружение его до появления симптомов может иметь существенное значение.
Клинические применения могут включать мониторинг пациентов, получающих лечение диуретиками, пожилых людей с нарушениями жажды и людей, выздоравливающих после желудочно-кишечных заболеваний. Его можно даже интегрировать в программы гигиены труда для работников, подвергающихся воздействию высокой температуры.
«Мы предоставляем простой в использовании ежедневный мониторинг гидратации в реальном времени, при котором пользователи просто прикладывают палец к экрану своего смартфона, чтобы оценить состояние гидратации», сказала автор исследования Сумия Сийосеф.
Исследователи предполагают, что этот инструмент также может улучшить спортивные результаты и уменьшить травмы, связанные с усталостью от обезвоживания, облегчая более точные вмешательства во время тренировок и соревнований.
Капля цифрового пота: будущее мониторинга гидратации у вас под рукой
В эпоху, когда мобильные устройства являются частью повседневной жизни, превращение простого сенсорного экрана в датчик состояния здоровья представляет собой мощное новшество.
Он не только позволяет контролировать критическую переменную, такую как гидратация, но и делает это без усилий, без игл и без необходимости в новых технологиях.
Авторы исследования видят будущее, в котором каждый человек сможет ежедневно контролировать свой уровень воды, просто положив палец на телефон. Этот подход не заменяет традиционную медицину, но он соответствует тенденциям к цифровому самообслуживанию и персонализированному здоровью.
