Існує багато способів виявити стрес в індивіда. Можна використовувати анкети самооцінки, спробувати виміряти різні життєві показники, такі як частота дихання та пульс, і робити висновки, або ж спостерігати за рівнем гормонів, наприклад, кортизолу, у крові.
Або ж… можна витягти деякі компоненти з PlayStation 4 і зайнятися хакінгом. Едвін Хву саме так і вчинив, створивши пристрій, який може сканувати шкіру до нанометрового рівня і потенційно визначати точні деталі стану здоров’я людини. Він розповів про це на Hackaday Europe 2026.
Придивись уважніше
Досвід Едвіна дуже релевантний до цього проєкту. Він працював у дослідницькому інституті в Тайвані, де співпрацював з Національним метрологічним інститутом Німеччини, займаючись зображеннями атомної роздільної здатності на кремнієвих пластинах. Коли ви займаєтеся калібруванням на рівні менше нанометра для напівпровідникової промисловості, це серйозна справа, як і рентгенівська мікроскопія, якою Едвін глибоко займався. Коли йдеться про розгляд об’єктів у дуже малих масштабах, він знає свою справу. Він також багато працював над моніторингом культур клітин у реальному часі, оцінкою стану шкіри та навіть високороздільною 3D-друківкою. Це широкий спектр навичок, які всі знайшли застосування в проєкті, про який він приїхав розповісти на Hackaday Europe.
Існує проблема з оптичною мікроскопією, пов’язана з межею дифракції світла, що означає, що можна отримати зображення лише з роздільною здатністю близько 1 мікрометра. Ось чому для багатьох більш тонких завдань ми використовуємо сканувальні електронні мікроскопи, оскільки межа дифракції електронних пучків значно менша. Це дозволяє отримувати зображення таких структур, як вуглецеві нанотрубки або бакіболи, але з обмеженням, що поверхня має бути провідною, а зображення має бути отримано у вакуумі. Новішою технологією є атомно-силовий мікроскоп (АСМ), який передбачає використання дуже гострого зонда з кінчиком розміром лише 2-3 нанометри для фактичного торкання молекул. Це можна зробити без необхідності провідної поверхні або вакууму. Розглядаючи об’єкти в нанометровому масштабі за допомогою цього методу, Едвін порівнює це зі спробою штрикнути монету в 1 євро найвищою горою на Землі. Це точний пристрій з неймовірно високою роздільною здатністю, але середній АСМ коштує пів мільйона євро, є надзвичайно громіздким і повільним. Це, звичайно, якщо… ви не знайдете спосіб побудувати його дешево.
Деякий час тому Едвін створив атомно-силовий мікроскоп, використовуючи оптичну головку DVD-програвача, досягнувши роздільної здатності 0,39 нанометра. Завдяки цій збірці стало можливим отримати зображення окремої нитки ДНК. Едвін також розповідає, як він використовував прості п’єзоелектричні зумери для створення ультратонкого сканера для цієї роботи. П’єзоелементи використовуються для приводу, оскільки їх можна контролювати для здійснення неймовірно малих рухів. Робота розвивалася до того, що DIY-набори АСМ стали доступними за незначну частку вартості традиційних лабораторних установок.
Ця робота започаткувала більший план. Під час своєї доповіді Едвін пояснює, як він з’ясував, що ігрові консолі з електронних відходів можна перетворити на передові атомно-силові мікроскопи. Зокрема, Playstation 4 була ідеальним кандидатом завдяки своїй висококласній оптичній головці Blu-Ray, яка здатна досягти межі дифракції світла. Оптична головка Blu-Ray використовується для моніторингу руху зонда АСМ, тоді як його сканування здійснюється за допомогою п’єзо-системи, як і в попередній збірці на базі DVD. Вона також має перевагу в тому, що апаратне забезпечення Blu-Ray створене для вищих швидкостей передачі даних, що означає можливість передавати дані з оптичної головки набагато швидше для швидшого сканування АСМ. Едвін називає свою розробку HS-DAFM (High Speed Dermal Atomic Force Microscope – високошвидкісний дермальний атомно-силовий мікроскоп), оскільки вона в 100 разів швидша за традиційні лабораторні атомно-силові мікроскопи.
Слово «дермальний» є важливим, оскільки Едвін використовує свою розробку для дослідження нанотекстури шкіри в діагностичних цілях. Його доповідь пояснює, як у поєднанні з системами машинного навчання цей інструмент можна використовувати для дослідження станів шкіри та допомоги в діагностичному процесі. Він також став корисним з точки зору косметики, допомагаючи зрозуміти, як шкіра виглядає на нанорівні через такі фактори, як старіння та вплив УФ-випромінювання. За допомогою інструментів машинного навчання Едвін виявив, що навіть можна визначити, чи страждає людина на астму, з 75% точністю, лише за сканом шкіри. Досліджується також зв’язок між психічним стресом та нанотекстурою шкіри, хоча це дуже на початковій стадії.
Якщо ви коли-небудь замислювалися над тонкими деталями атомно-силової мікроскопії за низькою ціною, або як текстура шкіри зберігає секрети багатьох проблем зі здоров’ям, доповідь Едвіна — чудова. Іноді мислення поза рамками та обмеженнями комерційного лабораторного обладнання може призвести до дивовижних речей, як це сталося тут!