Diabetes: Neues Gerät liefert präzise Vorhersage des Blutzuckerspiegels durch Reservoir-Computing

Forscher aus Japan haben ein neues Gerät für künstliche Intelligenz (KI) entwickelt, das bei der Vorhersage des Blutzuckerspiegels bei Diabetespatienten die bisherigen KI-Geräte in Bezug auf die Vorhersagegenauigkeit übertroffen hat.

Das Gerät führt mit Hilfe von Reservoiren aus wenigen Molekülen eine gehirnähnliche Informationsverarbeitung durch. Diese Innovation nutzt die molekularen Schwingungen einer ausgewählten Anzahl organischer Moleküle. Bei der steigenden Nachfrage nach KI-Geräten sei eine Herausforderung nach wie vor die relativ große Größe der vorhandenen Materialien und Geräte, berichten die Forscher. Die Studie wurde von einem gemeinsamen Team des National Institute for Materials Science und der Tokyo University of Science, Japan, geleitet und in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht.

„Unsere Forschung hat die weltweit erste Implementierung von Physical Reservoir Computing hervorgebracht, die auf dem Prinzip der oberflächenverstärkten Raman-Streuung beruht und die molekularen Schwingungen einiger weniger organischer Moleküle ausnutzt. Die Information wird durch Ionen-Gating eingespeist, das die Adsorption von Wasserstoffionen an organischen Molekülen (p-Mercaptobenzoesäure, pMBA) durch Anlegen einer Spannung moduliert. Die Änderungen der Molekülschwingungen der pMBA-Moleküle, die mit der Wasserstoffionenadsorption variieren, dienen als Speicher und nichtlineare Wellenformtransformation für die Berechnung“, erklären die Forscher.

Dieser Prozess, bei dem eine spärliche Anordnung von pMBA-Molekülen verwendet wird, hat etwa 20 Stunden lang die Veränderungen des Blutzuckerspiegels eines Diabetes-Patienten gelernt und konnte die nachfolgenden Schwankungen in den nächsten fünf Minuten mit einer Fehlerreduzierung von etwa 50 Prozent vorhersagen, verglichen mit der höchsten Genauigkeit, die bisher von ähnlichen Geräten erreicht wurde, heißt es in der Studie.

Das Ergebnis dieser Forschung zeigt, dass eine minimale Menge organischer Moleküle effektiv Berechnungen durchführen kann, die mit denen eines Computers vergleichbar sind, so die Autoren. Diese Entdeckung ebne den Weg für die Entwicklung von KI-Endgeräten mit geringem Stromverbrauch, die mit einer Vielzahl von Sensoren integriert werden können, und eröffnet Wege für eine breite industrielle Nutzung.