Noszone urządzenia medyczne – od glukometrów, przez inteligentne plastry do USG, po przenośne ciśnieniomierze – w coraz większym stopniu wspierają monitorowanie zdrowia i bezpieczeństwo pacjentów. Dynamiczny rozwój tej technologii ma jednak drugą stronę: rosnący ślad środowiskowy. Najnowsze badanie zespołu z Uniwersytet w Chicago i Uniwersytet Cornella pokazuje, że bez zmiany podejścia projektowego elektronika medyczna może stać się istotnym źródłem emisji CO₂ i odpadów elektronicznych. Jednocześnie naukowcy wskazują konkretne, systemowe drogi do ograniczenia tego wpływu.
Z tego artykułu dowiesz się…
- jak szybko rośnie rynek noszonej elektroniki medycznej i jakie konsekwencje środowiskowe może to przynieść do 2050 roku,
- który element urządzeń medycznych odpowiada za największy ślad węglowy i dlaczego nie są to tworzywa sztuczne,
- jakie decyzje projektowe mogą realnie zmniejszyć emisje CO₂ i ilość e-odpadów,
- dlaczego podejście systemowe jest kluczowe dla zrównoważonego rozwoju sektora medtech.
Rynek, który rośnie szybciej, niż zakładano
Według modelu opracowanego przez badaczy, globalny popyt na noszoną elektronikę medyczną może sięgnąć około 2 miliardów sztuk rocznie do 2050 r. To 42-krotny wzrost względem obecnych poziomów. Jeśli nie zostaną wdrożone działania ograniczające wpływ środowiskowy, skumulowany efekt do połowy stulecia może oznaczać ponad milion ton e-odpadów oraz 100 milionów ton emisji CO₂. Jak podkreśla pierwszy autor badania, Chuanwang Yang z Uniwersytet w Chicago:
Choć ta transformacyjna dziedzina nabiera tempa, społeczeństwu wciąż brakuje pełnego zrozumienia jej wpływu na środowisko.
Kompleksowa analiza cyklu życia urządzeń
Zespół badawczy przeprowadził pełną ocenę cyklu życia (LCA) noszonej elektroniki medycznej: od wydobycia surowców, przez energochłonną produkcję, po utylizację i odpady. Analiza objęła ślad węglowy, toksyczność materiałów oraz wolumen e-odpadów.
Wnioski okazały się zaskakujące. To nie tworzywa sztuczne są głównym problemem środowiskowym – nawet całkowite zastąpienie plastiku wersją biodegradowalną obniżyłoby wpływ zaledwie o około 3%.
Płytka drukowana – główne źródło emisji
Największy ciężar środowiskowy spoczywa na płytce drukowanej (PCB), czyli „mózgu” urządzenia. Odpowiada ona za ponad 70% całkowitego śladu węglowego pojedynczego wyrobu. Przyczyną jest intensywne wydobycie i przetwarzanie metali niezbędnych do produkcji układów scalonych, w tym metali szlachetnych. Prof. Bozhi Tian z Uniwersytetu w Chicago wyjaśnia:
Ponad 70% śladu węglowego urządzenia pochodzi z płytek drukowanych.
Choć do jednego chipa potrzeba niewielkich ilości metalu, ich pozyskanie wiąże się z wysokim zużyciem energii i generowaniem odpadów.
Dwie drogi do zrównoważonej elektroniki medycznej
Badanie, opublikowane 1 stycznia w czasopiśmie Nature, identyfikuje dwa kluczowe kierunki zmian.
1) Nowe materiały w układach scalonych
Pierwszym rozwiązaniem jest projektowanie chipów z łatwiej dostępnych metali, takich jak miedź czy aluminium, zamiast złota. Choć metale te są mniej stabilne, analiza wskazuje, że można zrekompensować ten fakt dodatkową ochroną obwodów. Jak zaznacza prof. Tian:
Wiele osób zakładało, że użycie większej liczby metali reaktywnych będzie wiązało się z pogorszeniem wydajności, ale nasza analiza wskazuje, że powinno być to dopuszczalne, jeśli zapewni się dodatkową ochronę obwodów.
2) Projektowanie modułowe
Drugim filarem jest modułowość. Ponieważ urządzenia medyczne są często jednorazowe (ze względów higienicznych i klinicznych), możliwość zachowania sprawnego układu scalonego i wymiany jedynie obudowy pozwoliłaby uniknąć największego źródła emisji CO₂.
Dodatkowo, przejście na energię odnawialną w produkcji mogłoby obniżyć ślad węglowy o około 15%. Kluczowe jest jednak – jak podkreślają autorzy – podejście całościowe.
Ramy systemowe zamiast punktowych poprawek
Badacze akcentują, że skuteczna redukcja wpływu środowiskowego wymaga inżynierii systemowej, a nie pojedynczych zmian materiałowych. Chuanwang Yang podsumowuje:
Nasza praca oferuje ramy inżynierii systemów dla wielu przełomowych technologii, od urządzeń noszonych po sztuczną inteligencję i robotykę, dzięki czemu innowacje techniczne i dbałość o środowisko mogą rozwijać się równolegle.
Współautorami pracy z Uniwersytetu w Chicago byli także Ji Wan i Ananth Kamath. Badanie było finansowane m.in. przez Biuro Badań Armii USA, Narodową Fundację Nauki oraz granty filantropijne i stypendialne.
Elektronika medyczna realnie poprawia jakość opieki zdrowotnej, lecz jej gwałtowny rozwój wymaga równie ambitnej transformacji środowiskowej. Wyniki badań z Chicago i Cornella jasno pokazują, gdzie powstaje największy ślad węglowy i jakie decyzje projektowe mogą go ograniczyć. Jeśli sektor medtech wdroży podejście systemowe – od materiałów, przez architekturę urządzeń, po źródła energii – innowacje kliniczne i zrównoważony rozwój nie muszą się wykluczać, lecz mogą postępować równolegle.
Główne wnioski
- Globalny popyt na noszoną elektronikę medyczną może sięgnąć 2 mld sztuk rocznie do 2050 r., co oznacza 42-krotny wzrost względem obecnych poziomów.
- Płytki drukowane odpowiadają za ponad 70% śladu węglowego urządzeń, głównie z powodu energochłonnego wydobycia i przetwarzania metali do produkcji układów scalonych.
- Zastąpienie złota miedzią lub aluminium oraz projektowanie modułowe mogą znacząco ograniczyć emisje CO₂ bez utraty funkcjonalności urządzeń.
- Produkcja z wykorzystaniem energii odnawialnej obniżyłaby ślad węglowy o ok. 15%, jednak największe korzyści przynosi łączenie wielu działań w jednym modelu projektowym.
Źródło:
- https://news.uchicago.edu/story/healthcare-electronics-are-booming-heres-how-make-them-more-sustainable
