Yannick Le Moullec ja tema meeskond Tallinna Tehnikaülikoolist (TalTech) rakendavad eri elektroonikalahendusi terviseteemalistes rakendustes ning muudes valdkondades. See võib tuua tervise- ja keskkonnarakenduste maailma suure muutuse.
Vananev rahvastik ja keskkonnahoid on kaks teemat, mis mõjutavad meie ühiskonda tänapäeval ning eeldatavalt ka tulevastel kümnenditel.
2020. aastal oli maailmas 60- ja üle 60-aastaseid rohkem kui alla 5-aastaseid lapsi. 2050. aastaks võivad üle 60-aastased inimesed moodustada kuni 22% maailma rahvastikust. See on suur katsumus sotsiaal- ja tervishoiusüsteemidele ning võib tekitada vajaduse täiustada jälgimis- ja abiseadmeid nii vanematele inimestele kui ka nende hooldajatele.
Le Moulleci sõnul „saab suundumused välja selgitada mitmesuguste kasvuprognooside järgi. Meditsiiniandurite turg kasvab 2020.–2030. aastatel eeldatavasti 7,8% ja keskkonnaandurite turu oodatav kasv on ainuüksi 2021.–2026. aastal üle 9,25%, kasvades 2,7 miljardi dollarini.”
Prantsuse päritolu Le Moullec on TalTechis töötanud 2013. aastast: alguses vanemteadurina ja 2017. aastast Thomas Johann Seebecki elektroonikainstituudis professorina. Ta ühendab programmi EXCITE raames kaks elektroonikaprojekti, mida saab rakendada meditsiinis. „Need käsitlevad tervishoidu, kuid põhitöö ja uudsus seonduvad elektroonikavaldkonnaga,” kirjeldab Le Moullec.
Ta ütleb, et kuna tegemist on mõõtmiselektroonika teemadega, keskendutakse meetoditele, algoritmidele, kognitiivsele elektroonikale ja impedantsianduritele, mis tuvastaksid bioelektrilise impedantsi (BI) signaalid. Eelistatavalt toimuks see kontaktivabalt, täpsemalt magnetinduktsiooni abil. Üks proovikive on südame-veresoonkonna andmete hankimine mürarikastest keskkondadest ja hermodünaamiliste parameetrite hindamine, nagu arteriaalne vererõhk, mida mõõdetakse meie käsivarre radiaalarteri bioelektrilise impedantsi abil. Patsiendid ja arstid üle kogu maailma tajuksid muutust kohe.
„Eesmärk on mõõta algoritmide ja elektroonika abil inimkeha omadusi, kasutades elektrisignaale isiku kehal, keda parasjagu uuritakse. Tavaliselt tehakse uuringuid jalal ja käel. Elektrisignaal läbistab koekihte, muutes signaali omadusi, misjärel saame olulist teavet kehas toimuva kohta,” selgitab Le Moullec.
Mõõteelektroonika uurimisrühm arendab välja prototüüpi, mis mõõdaks arteriaalset vererõhku käsivarrest spetsiaalse käevõru abil. See meetod on palju mugavam kui tänapäeval kasutatav standardne mõõteviis. Rühma peamiste teadlaste hulka kuuluvad professor Olev Märtens ja emeriitprofessor Mart Min. Nende juhtimisel analüüsivad teadlased signaale ja arendavad välja algoritme, mis aitaksid hankida veelgi informatiivsemaid signaale.
Kontaktivaba meetod, nagu käevõru kasutamine, on osutumas palju mugavamaks kui praegune alternatiiv – Holter-monitooring. Holter-monitori pole nii lihtne kanda, kuna plaastrid ei püsi paigal, tekitades elektrimüra ja segades kogu protsessi. Nii haiglad kui ka arstid on uuest meetodist väga huvitatud, kuna see on kiirem ja lihtsam: „Ühe prototüübiga oleme üsna kaugele jõudnud, aga see on veel laboristaadiumis,” sõnab Le Moullec.
Sellist innovatsiooni võib patentida ja Le Moulleci meeskond on selles tööetapis juba varem olnud. Leiutis plaanitakse ka turule tuua. Kuigi nemad pole ainus uurimisrühm, kes selles vallas tegutseb, on tegemist siiski ainulaadse nähtusega bioelektrilise impedantsi valdkonnas.
Nende meetodit saab kasutada muudeski seadmetes: professor Le Moullec avalikustab, et uurimisrühm töötab välja ka teisi (bio)impedantsipõhiseid kasutusviise (näiteks metallide mõõtmist). „Nendega pole jõutud nii kaugele kui südame-veresoonkonna meetoditega, kuid töö nende kallal jätkub. Seade tuleb teistsugune, kuid peamine on impedants,” lisab ta.
Väike nutiseade muudab palju
Teine Yannick Le Moulleci moodustatud töörühm, keda tuntakse Lab-on-a-Chipi nime all, töötab murrangulise seadme kallal, mis võib tuua meditsiinisektorisse läbimurde. Eesmärk on luua kasutusmugav, automaatne ja kaasaskantav (Lab-on-a-Chip) bioanalüsaator, mille abil saaks teha tavapäraseid laborianalüüse ning analüüsida rakke, nt bakterite antibiootikumiresistentsust, eristada vähirakke tervetest rakkudest jne.
Le Moullec mainib, et viimasel ajal on nad rakendanud oma töös kontseptsiooni tõestamise meetodit, et luua madala hinnaga kaasaskantav läbivoolutsütomeeter, mille töö põhineb mikrovedelikel, mida kasutatakse bakterianalüüsiks.
„Kognitiivse elektroonika abil on süsteem täisautomatiseeritud ja seda on lihtne kasutada alates proovi andmisest kuni tulemuse saamiseni. Mainitud tööetappe alustati projekti EXCITE raames ning arendatakse nüüd edasi ETAgi projektis PRG620 (mida juhivad emeriitprofessor Toomas Rang ja vanemteadur Tamas Pardy) koostöös TalTechi keemia- ja biotehnoloogiainstituudiga,” selgitab Le Moullec.
Põhitulemused kohapealt
Nad arendavad välja kaasaskantavat seadet, mis analüüsiks rakuomadusi, sh nende numbrit, morfoloogiat ja diferentseerumist. Praegu kogutakse seda teavet inimestelt suurte ja kallite seadmete abil, et seda seejärel laboris analüüsida. Säärane protsess võtab tunde või isegi päevi enne, kui saadakse tulemused. Lab-on-a-Chip suudaks tulemused tagada kohapeal, olgu see õnnetuskoht või patsiendi kodu.
„Tahame saada oma kontseptsioonile kinnitust, luua läbivoolutsütomeetri prototüübi. Kogutud proovid segatakse kokku kindlate vedelikega ja vedelik liigub läbi mikrokiibi, mida me välja arendame. On mikrotorukesed, kus see vedelik ringi liigub, ja seejärel puutub see kokku luminofoorvalgusega. Valgust kasutatakse reaktsiooni tekitamiseks. Lisaks kasutame fotode tegemiseks kaamerat ja tehtud pildid tuleb analüüsida,” ütleb Le Moullec.
Ta lisab, et piltide ja signaalide analüüsiks kasutatakse täiustatud algoritme ning meetodeid. Valmistoode peab olema väike ja kaasaskantav, seega peavad mikrokiibid olema piisavalt võimsad. Olemasolevatel seadmetel on märkimisväärne andmetöötlusvõimsus, kuid nad on suured ja väga kallid. „Me üritame seadme hinda alandada. Selleks vajame nutikamaid algoritme. Peame olema natuke säästlikumad.”
Märksa odavam lahendus
Seadme maksumus on üks tähtsamaid aspekte, mis teeks selle kättesaadavaks piiratud eelarvega riikidele ja piirkondadele. Lahendusena ei ole vaja soetada palju kallihinnalist laborivarustust.
Le Moullec tõdeb, et palju tööd ootab veel ees. Olulisemad uuendused tuleb patentida enne, kui need artiklites avaldatakse.
Praegu arendab töörühm välja eri osi ja keskendub mikrovedeliku kiibi kujundusele, mis on veel katsefaasis. „See on juba päris hea,” ütleb Le Moullec. Mis aga puutub kaamerate anduritehnoloogiasse, algoritmide rakendamisse ning kõigesse muusse, mis on seotud pildianalüüsi ja bakterituvastusega, siis need on veel algusjärgus. „Alustasime tööd veidi rohkem kui aasta tagasi,” räägib ta.
Standardid on ülikõrged
Yannick Le Moullec räägib ka kolmandast projektist, mis pole tervishoiuvaldkonnast – traadita rohelisest internetist. Põhiküsimus on energiatõhus tehnoloogia: milliseid algoritme, riistvara ja meetodeid kasutada? Kuna maailm harjub 5G-ga ja internet üha areneb, hakatakse aina rohkem kasutama andureid. Nende energiakulu ei tohi olla liiga suur. Seadmed peavad olema tõhusad ja samas kestma väga pikka aega.
Standardite järgi on osa seadmeid, nagu NB-IoT moodulid, võimelised ilma akuvahetuseta töötama kõige rohkem kümme aastat. Teeme koostööd Eesti telesideoperaatoritega, lisaks tunnevad meie vastu huvi mobiilsideoperaatorid ja teised sektorid. Seda saab kasutada aruka võrgu seires, veejaotussüsteemides jne,” ütleb Le Moullec ning lisab, et nad on ära teinud suure töö ja töötanud projekti kallal juba neli aastat. „Oleme seadnud endale ülikõrged standardid. Teised töörühmad üle maailma kasutavad ainult seda tehnoloogiat, kuid meie laskusime üksikasjadesse, et võtta sellest viimast,” selgitab Le Moullec.
Kõik Yannick Le Moulleci uuritav vaatab tulevikku, olgu see tervishoid või energiakulu, mis on mõlemad vajalikud uurimisteemad kogu maailmas.
Mida toob tulevik isale ja tütrele?
Isa Toomas (30) ja tütar Emma (5)
Toomas ja Emma peavad teadma, et täpseks terviseseireks, uuringuteks ja arenduseks peab arvestama nii mitteinvasiivsete andurite (biokleebised, tätoveeringulaadsed andurid) kui ka invasiivsete, siiratavate andurite kasutust. Need kombineeritakse uuendusliku vähese energiakuluga traadita sidetehnoloogiaga, et tagada analüüs ja diagnostika distantsilt. Eeldame, et 2050. aastaks muutuvad terve keha seire, varajane avastamine, ennetus ja personaalmeditsiin tavanähtuseks,” ütleb Yannick Le Moullec meie isa-tütre duole.
Mis aga puutub keskkonda, siis peame tegelema kliima ja elurikkuse kriisidega. Üleilmsed algatused ja programmid, nagu Euroopa Komisjoni roheline kokkulepe, aitavad saavutada süsinikuneutraalsust ning kestlikku majandust. Selle liikumise ühe osana peame välja arendama keskkonnahoidliku elektroonikasüsteemi kogu tarneahela ulatuses: loodusvarade kaevandamisel ja optimeerimisel ning uute materjalide, koostisosade ja ökodisaini puhul. See peaks olema süsinikuvaba tarneahel, protsessid peavad olema jätkusuutlikud, kasutusele tuleb võtta ringmajandus jms,” ütleb Le Moullec.
Ta soovitab isal ja tütrel luua äriideena uut tüüpi elektroonikakomponendid, sh painduva elektroonika, orgaanilise elektroonika, laguneva ja biolaguneva elektroonika, lagunevatest või biolagunevatest polümeeridest 3D-prinditud elektroonika, energiakogumise jms vallas. Toomas võib olla valmis selle suundumusega kaasa minema, sest juba praegu eksisteerivad keskkonnahoidlikumad biolaguneva elektroonika esimesed prototüüpid.
„Mõlema nähtuse puhul on palju võimalusi ja vajadus teha edasisi uuringuid ning arendada välja uute tehnoloogiate kasutamise võimalusi. Ettevõtjad peavad peale uute arengusuundade mõistmise haarama võimalusest ning panustama ringmajanduse suunamuutustesse, kaasavatesse ärimudelitesse jne,” selgitab Le Moullec.
Kui inimkond selleks ajaks veel ei kao, võib Emma Le Moulleci sõnul näha oma elu jooksul transhumanismi ilmingut, vähemasti selle tehnoloogilist poolt. Selle tulemusel inimene areneks ja muutuks paremaks. Tehnoloogia aitaks meil kauem elada ja parandada meie tuju ning tagaks meile enneolematud kognitiivsed võimed. Tehnoloogiate nimekiri, mis sellised muutused tagaks, on väga pikk. Neist tähtsaimad on bio-, nano- ja infotehnoloogia ning kognitiivteadus. Ka teised tehnoloogiad, nt tehisintellekt, 3D-bioprintimine ja krüoonika, mängivad rolli transhumanismi elluviimisel. Emma elu võib kujuneda tema isa omast väga erinevaks nii pikkuse kui ka terviseseisundi poolest.
Samal ajal või eelmainitu vastandina võib tähelepanu keskmesse tulla ereroheline keskkonnateadlikkus ehk puhtad, turvalised ja sotsiaalselt uuenduslikud tehnoloogiad, mis võimaldavad saavutada kestliku arengu. „Näiteks võiksid nano- ja biotehnoloogia korvata keskkonnale põhjustatud kahju,” võtab Le Moullec kokku. Ehk saab Emma tunnistajaks rohelisemale maakerale.
Artikkel ilmus Eesti IT Tippkeskuse EXCITE ajakirjas 2021. aastal. Loe veebiversiooni.
Tutvu Eesti IT Tippkeskusega EXCITE: www.excite.it.ee
Fotod: Arno Mikkor
EXCITE-t rahastatakse Euroopa Regionaalarengu Fondi vahenditest.