หลายคนคงจะรู้จัก endorphin ดีว่าเป็น "ฮอร์โมนแห่งความสุข" แต่อาจจะไม่คุ้นชื่อ cortisol ซึ่งเป็น "ฮอร์โมนแห่งความเครียด" เท่าใดนัก ถึงจะฟังดูเป็นเรื่องไม่ค่อยน่าพิศมัยเพราะเกี่ยวกับความเครียด แต่ฮอร์โมนตัวนี้บอกอะไรเกี่ยวกับสภาพร่างกายและสภาพจิตใจของคนเราได้หลายอย่าง ทั้งเรื่องสภาพความล้าของร่างกาย หรือสภาพความหม่นหมองทางอารมณ์ ด้วยเหตุนี้ทีมนักวิจัยจาก Stanford จึงคิดพัฒนาเซ็นเซอร์วัดระบบ cortisol สำหรับใช้งานกับอุปกรณ์สวมใส่

ที่ผ่านมาจนถึงตอนนี้อุปกรณ์สวมใส่ที่ใช้เพื่อติดตามดูสภาพร่างกายของผู้ใช้นั้น สามารถวัดปริมาณกิจกรรมการออกกำลังกาย เช่น การนับก้าวเดิน, การวัดระยะทางการวิ่งหรือปั่นจักรยาน หรือวัดค่าการทำงานของกลไกต่างๆ ภายในร่างกายได้หลากหลาย ทั้งอัตราการเต้นของหัวใจ, ปริมาณการใช้ออกซิเจน เป็นต้น แต่ยังไม่มีอุปกรณ์สวมใส่ใดที่สามารถวัดปริมาณฮอร์โมน cortisol ได้

โดยปกติแล้วการวัดระดับฮอร์โมน cortisol ในร่างกายนั้นต้องใช้การเก็บตัวอย่างเลือด, น้ำลาย หรือเส้นผมของคนไปผ่านกระบวนการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ซึ่งกินเวลานานหลายวันกว่าจะรู้ผล แต่ตอนนี้ทีมนักวิจัยของ Stanford สามารถทลายข้อจำกัดนี้ได้แล้ว โดยสามารถพัฒนาเซ็นเซอร์วัดปริมาณ cortisol จากเหงื่อบนผิวหนังของคนได้สำเร็จ

Onur Parlak หัวหน้าทีมวิจัยผู้พัฒนาเซ็นเซอร์วัดปริมาณ cortisol นั้นเคยมีประสบการณ์พัฒนาเซ็นเซอร์ชีวภาพมาก่อนหน้านี้แล้ว เซ็นเซอร์ที่เขาพัฒนาขึ้นใช้วิธีการตรวจวัดปริมาณสารเคมีจากร่างกายคนโดยใช้วิธีการวัดปริมาณประจุไฟฟ้าของสารที่ต้องการตรวจวัด อย่างไรก็ตามงานพัฒนาเซ็นเซอร์ cortisol ในครั้งนี้เป็นโจทย์ที่ท้าทายกว่างานทุกชิ้นที่เขาเคยทำมา เนื่องจาก cortisol เป็นสารที่มีคุณสมบัติเป็นกลางทางไฟฟ้า จึงไม่อาจใช้แนวคิดแบบเดิมๆ ในการสร้างเซ็นเซอร์เพื่อวัดปริมาณฮอร์โมนแห่งความเครียดนี้

Parlak และทีมใช้วิธีทางอ้อมในการวัดปริมาณ cortisol ในเหงื่อแทน พวกเขาได้สร้างเซ็นเซอร์โดยใช้แผ่นเทปที่มีคุณสมบัติยึดเกาะผิวหนังได้ดี และมีช่องว่างรูพรุนซับน้ำเหงื่อได้มากมาเป็นฐานของแผ่นเซ็นเซอร์ จากนั้นใช้แผ่นเยื่อบุพิเศษมาปิดทับด้านบน ซึ่งแผ่นเยื่อบุนี้เองที่เป็นพระเอกของงานนี้

แผ่นเยื่อบุที่ว่ามีคุณสมบัติที่สำคัญ 2 ประการ ประการแรกคือการปล่อยผ่านประจุของเกลือแร่ต่างๆ ให้ไหลผ่าน เช่นประจุโซเดียม หรือประจุโปแตสเซียม ซึ่งมีอยู่มากในเหงื่อจากร่างกายคน คุณสมบัติสำคัญประการที่ 2 คือความสามารถในการดักจับยึดเกาะโมเลกุลของ cortisol ซึ่งยิ่งมี cortisol มายึดจับอยู่กับแผ่นเยื่อบุมากเท่าไหร่ คุณสมบัติการปล่อยให้ประจุไหลผ่านของแผ่นเยื่อบุก็จะยิ่งลดน้อยลง

ด้วยลักษณะที่ว่ามา ทีมวิจัยของ Stanford จึงสามารถวัดปริมาณ cortisol ในเหงื่อได้ โดยใช้วิธีการตรวจวัดปริมาณประจุที่ไหลผ่านแผ่นเยื่อบุพิเศษมาได้ ยิ่งมีประจุผ่านมาได้น้อยย่อมหมายความว่ามี cortisol ปริมาณมากเจือปนอยู่ในเหงื่อที่แผ่นเซ็นเซอร์ดูดซับเข้ามา

Parlak ได้ทดสอบใช้แผ่นเซ็นเซอร์ติดบนร่างกายของนักวิ่ง และเปรียบเทียบผลการวัดปริมาณ cortisol กับวิธีการตรวจวัดในห้องปฏิบัติการด้วยวิธีปกติ และพบว่าแผ่นเซ็นเซอร์ให้ผลการวัดปริมาณฮอร์โมนแห่งความเครียดสอดคล้องกันกับค่าจากห้องปฏิบัติการ ทั้งนี้ทีมวิจัยตั้งเป้าที่จะพัฒนาเซ็นเซอร์นี้ให้สามารถใช้งานกับอุปกรณ์สวมใส่เพื่อให้ผู้ใช้รับรู้ระดับความเครียดของร่างกายและสมองตนเองได้อย่างชัดเจน และปรับระดับความเข้มข้นของการออกกำลังกายได้อย่างเหมาะสม ทั้งยังช่วยให้ประเมินได้ว่าการทำงานของต่อมหมวกไตและต่อมใต้สมองยังเป็นไปโดยปกติหรือไม่

และไม่เพียงแต่จะใช้เพื่อเป็นเซ็นเซอร์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่เพื่อติดตามกิจกรรมออกกำลังกายเท่านั้น เซ็นเซอร์วัดปริมาณ cortisol นี้ยังสามารถประยุกต์ใช้งานในด้านอื่นได้ด้วย เช่นใช้เป็นเซ็นเซอร์เพื่อให้เข้าใจสภาพอารมณ์ของเด็กอ่อนที่ยังไม่สามารถพูดสื่อสารได้ ทำได้ให้รับรู้ได้ง่ายขึ้นว่าเด็กมีภาวะเครียดทางอารมณ์หรือไม่

ก้าวต่อไปของการพัฒนาเซ็นเซอร์นี้คือการสร้างอุปกรณ์จริงที่สามารถแปลผลการวัดของเซ็นเซอร์และแสดงผลให้ผู้ใช้เข้าใจได้ รวมทั้งระบบการใช้พลังงานที่จะต้องหาวิธีดึงเอาพลังงานจากสภาพแวดล้อมที่อยู่รายรอบมาเลี้ยงการทำงานของเซ็นเซอร์โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่มาคอยจ่ายไฟ ทั้งนี้ทีมวิจัยของ Stanford ยังมีความเห็นว่าแนวทางการพัฒนาเซ็นเซอร์วัดปริมาณ cortisol นี้สามารถนำไปปรับใช้เพื่อสร้างเซ็นเซอร์วัดสารอื่นที่มีความเป็นกลางทางไฟฟ้าได้เช่นกัน

ที่มา - IEEE Spectrum, Stanford News