Smartwatch Apoiado pela NASA Oferece Monitoramento Médico para Astronautas e Pacientes

Desenvolvido com financiamento de um consórcio apoiado pela NASA, o EmbracePlus combina capacidades e precisão de nível médico com a aparência, sensação e conforto de um produto de consumo. (Imagem: Empatica Inc.)

A vida para astronautas na Estação Espacial Internacional tem sido, na maior parte, menos desgastante do que era nos dias do ônibus espacial, quando missões frequentemente incluíam muitos objetivos e marcos comprimidos em um curto período. Isso não será o caso, no entanto, para os primeiros astronautas a viajar para a superfície da Lua durante o programa Artemis, disse Alexandra Whitmire, uma Cientista da NASA cujo trabalho concerne bem-estar e desempenho de astronautas.

"Missões Artemis serão muito ambiciosas, com tripulações tendo que conduzir muitas tarefas, às vezes através de longas horas de trabalho ou turnos noturnos," ela disse. "Seus horários provavelmente serão disruptivos para padrões de sono, similar ao que experimentamos nos dias do ônibus espacial."

Como Gerente de Ciência para o elemento Fatores Humanos e Desemportamento Comportamental do Programa de Pesquisa Humana da NASA, Whitmire está procurando as melhores maneiras de monitorar e apoiar o sono dos astronautas para ajudar a garantir sua segurança e desempenho. E o dela é apenas um de cinco elementos no Programa de Pesquisa Humana no Centro Espacial Johnson da NASA em Houston. Outros têm preocupações como exercício e necessidades médicas dos astronautas e proteger sua saúde contra perigos do ambiente espacial, como radiação.

A maioria dos esforços do programa poderia se beneficiar de um dispositivo vestível capaz de medir e fornecer feedback sobre a fisiologia dos astronautas de várias maneiras. É por isso que, em 2020, Whitmire se viu apresentada ao trabalho mais recente da empresa de tecnologia vestível médica Empatica Inc. de Cambridge, MA.

Com ajuda da NASA e olho nas necessidades da agência, a empresa desenvolveu um smartwatch que continha cinco sensores em um design pequeno, confortável e atraente, que agora está comercialmente disponível como EmbracePlus.

O desenvolvimento do protótipo do dispositivo foi financiado em parte por uma bolsa do Translational Research Institute for Space Health (TRISH), um consórcio de pesquisa que busca maneiras de reduzir riscos para astronautas em missões longas. TRISH é financiado por Johnson e Baylor College of Medicine.

A Empatica havia comercializado anteriormente um smartwatch de grau científico conhecido como E4, principalmente para uso em pesquisa acadêmica e estudos clínicos, bem como um smartwatch para detectar convulsões epilépticas para alertar cuidadores, chamado Embrace2, que foi projetado para ser atraente e confortável para uso diário.

Para o EmbracePlus, a empresa queria combinar a aparência e sensação agradáveis do Embrace2 com as capacidades do E4. Estas incluíam um acelerômetro para detectar movimento, um sensor de temperatura, um sensor infravermelho que monitora atividade cardíaca e respiratória, e outro que detecta atividade elétrica na pele, que correlaciona com atividade do sistema nervoso. O EmbracePlus também adiciona um giroscópio para detecção de movimento mais refinada.

"EmbracePlus combina o belo design do Embrace2 com as capacidades de coleta de dados do E4, então é um dispositivo médico com aparência e sensação de consumidor, que pode ser facilmente usado no dia a dia," disse Simone Tognetti, Diretor de Tecnologia na Empatica.

O desenvolvimento realizado com a ajuda do financiamento TRISH incluiu avaliação de diferentes sensores para detectar frequência cardíaca e fluxo de oxigênio, execução de testes em recursos críticos, integração de todos os componentes e elementos de design, determinação do fator de forma mais confortável, e escolha de um display, entre outros trabalhos.

"O financiamento nos permitiu implementar recursos importantes de engenharia, como colocar os sensores de atividade eletrodérmica em uma pulseira confortável e removível," disse Tognetti, referindo-se aos sensores de atividade elétrica na pele. "Este foi o resultado de muito P&D na fabricação, conexão elétrica e implicações de qualidade de sinal de várias construções."

A necessidade do Programa de Pesquisa Humana por um dispositivo a ser usado por astronautas no espaço e até em estudos em terra também moldou os relógios. Whitmire notou que um design pequeno, leve e confortável é essencial para o programa espacial. "Você realmente precisa de um dispositivo que não seja intrusivo, que não seja um fardo, para que não esteja causando um estressor em si mesmo," ela disse.

Tognetti disse que a NASA também exigiu que a tecnologia fosse energeticamente eficiente, fácil de usar e robusta o suficiente para funcionar no ambiente espacial severo. "Temos modos de hardware personalizáveis para otimizar coleta de dados com vida útil da bateria, memória integrada que pode armazenar até 55 dias de dados em caso de baixa conectividade, e um display de baixa potência que também ajuda com troubleshooting," ele disse.

Enquanto isso, o dispositivo coleta dados automaticamente e continuamente e os transmite via Bluetooth para seu aplicativo companheiro, que os envia para a nuvem. "Tudo que o usuário precisa fazer é garantir que o dispositivo está carregado e conectado," ele disse, notando que o aplicativo também lembrará os usuários até desses passos.

O EmbracePlus entrou em produção em massa em 2021. Já foi liberado pela Food and Drug Administration dos EUA como componente chave da Plataforma de Monitoramento de Saúde Empatica. Tognetti descreveu como uma plataforma onde algoritmos de machine learning podem analisar fluxos de dados simultâneos de diferentes tipos de sensores para detectar e monitorar vários aspectos de saúde. Dados dos sensores do EmbracePlus podem ser combinados de novas maneiras para identificar diferentes condições. Por exemplo, durante a pandemia de COVID-19, a empresa desenvolveu um algoritmo para detectar infecção respiratória antes dos sintomas aparecerem.

"O vestível já está sendo usado em ensaios clínicos em larga escala e em pesquisa acadêmica," disse Tognetti, notando que clientes incluem algumas das maiores empresas farmacêuticas e grandes projetos de pesquisa ao redor do mundo. Entre estes estão duas iniciativas financiadas pela União Europeia — o projeto Sleep Revolution, que busca usar machine learning para diagnosticar e tratar apneia do sono, e o projeto TIMESPAN, que está olhando para a intersecção de transtorno de déficit de atenção e hiperatividade e condições como diabetes e doenças cardiovasculares, com a esperança de otimizar e personalizar tratamentos.

Para pesquisa e ensaios clínicos, ele disse, "ser capaz de obter medições padrão-ouro das casas ou escritórios dos participantes sem depender 100% de autorrelato, ou de visitas semanais ao local que fornecem apenas métricas instantâneas, significa dados de maior qualidade e um fardo muito menor para os participantes."

No futuro, Tognetti disse, a empresa também quer a Plataforma de Monitoramento de Saúde Empatica, incluindo o EmbracePlus, para ser "a ferramenta principal" para monitorar saúde de pacientes fora de clínicas.

De volta ao Centro Espacial Johnson, Whitmire disse que o EmbracePlus é um dos dispositivos sob consideração para medir sinais vitais e atividade sono-vigília em voos espaciais e pesquisas em terra. É o acelerômetro do dispositivo, que pode ser usado para identificar ciclos sono-vigília, que mais interessa seu grupo, mas ela notou que alguns dos outros sensores poderiam ser de interesse para outros elementos do Programa de Pesquisa Humana.

O dispositivo usado no pulso que astronautas têm usado para coletar dados está saindo de produção, e ela disse que o EmbracePlus poderia resolver algumas das limitações do dispositivo anterior, incluindo conforto e conectividade, especialmente dado que o outro dispositivo não transmite dados em tempo real.

Para monitoramento de sono, Whitmire disse que pensa que um dispositivo como o EmbracePlus também poderia encontrar aplicações fora do campo médico. Ela notou que transporte rodoviário, ferroviário e outras indústrias têm sistemas de gerenciamento de fadiga que dependem largamente de autorrelato. "Há pesquisa estabelecida que mostra que subestimamos os efeitos da privação de sono em nosso desempenho," ela disse. "Vejo estes tipos de dispositivos e, sim, eles são importantes para pesquisa, mas em um ambiente aplicado, sua capacidade de fornecer feedback objetivo tem o potencial de melhorar a segurança em muitas indústrias e promover o cuidado de pessoas que trabalham longas horas ou turnos noturnos."

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