Τα εμφυτεύματα κάτω των 3 χιλιοστών της Georgia Tech χρησιμοποιούν τους ιστούς του σώματος ως δίκτυο για τον συντονισμό αισθητήρων και θεραπευτικών συσκευών σε ολόκληρο το σώμα
Μηχανικοί της Georgia Tech ανέπτυξαν ένα ασύρματο σύστημα δικτύωσης που επιτρέπει σε μικροσκοπικά εμφυτεύματα να επικοινωνούν μέσω των ιστών του σώματος, επιτρέποντας δυνητικά σε αισθητήρες σε ένα σημείο του σώματος να ενεργοποιούν θεραπεία σε κάποιο άλλο.
Το Smart Wireless Autonomous Networking System (SWANS), χρησιμοποιεί τη φυσική ιοντική αγωγιμότητα του σώματος για τη μετάδοση ηλεκτρικών σημάτων μεταξύ εμφυτευμένων και φορητών συσκευών.
Η προσέγγιση αποφεύγει συμβατικές ασύρματες τεχνολογίες, όπως το Bluetooth και την επικοινωνία κοντινού πεδίου (NFC), οι οποίες μπορεί να δυσκολεύονται να μεταδώσουν σήματα μέσω του ανθρώπινου ιστού.
Η τεχνολογία χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας επέτρεψε στους ερευνητές να κατασκευάσουν εμφυτεύματα μικρότερα των 3 χιλιοστών, αρκετά μικρά ώστε να τοποθετούνται με σύριγγα αντί να απαιτείται χειρουργική επέμβαση.
Οι συσκευές μπορούν να επικοινωνούν τόσο με άλλα εμφυτεύματα όσο και με έναν εξωτερικό φορητό κόμβο.
Οι ερευνητές έδειξαν τη λειτουργία του συστήματος σε αρουραίους, δημιουργώντας ένα δίκτυο που συνέδεε αισθητήρες και νευρικές διεπαφές σε διαφορετικά σημεία του σώματος.
Όταν ένας αισθητήρας ανίχνευε κίνηση στο μπροστινό πόδι ενός αρουραίου, μια άλλη συσκευή ενεργοποιούνταν αυτόματα για να διεγείρει έναν μυ του πίσω ποδιού, προκαλώντας μια σύσπαση που μιμούνταν μέρος της φυσικής κίνησης του ζώου κατά το βάδισμα.
Το σώμα γίνεται το δίκτυο
Το SWANS λειτουργεί στέλνοντας ηλεκτρικούς παλμούς μέσω του περιβάλλοντος ιστού. Κάθε εμφύτευμα μπορεί να προγραμματιστεί ώστε να αναγνωρίζει παλμούς με συγκεκριμένες τάσεις και διάρκειες, επιτρέποντας στο δίκτυο να ενεργοποιεί επιλεκτικά μεμονωμένες συσκευές.
Έτσι, το σύστημα θα μπορούσε να διαχωρίζει το σημείο όπου ανιχνεύεται ένα βιολογικό σήμα από το σημείο όπου χορηγείται η θεραπεία.
«Με το σύστημά μας, μπορείτε πλέον να τοποθετείτε αισθητήρες στο καλύτερο δυνατό σημείο για την ανίχνευση ενός βιολογικού σήματος και ενεργοποιητές στο καλύτερο δυνατό σημείο για την πραγματοποίηση μιας θεραπευτικής ενέργειας», δήλωσε ο Alex Abramson, κύριος συγγραφέας της μελέτης και επίκουρος καθηγητής στη Georgia Tech.
«Δεν χρειάζεται να είναι συνδεδεμένοι, ευθυγραμμισμένοι ή ακόμη και κοντά ο ένας στον άλλο· μπορούν απλώς να στέλνουν σήματα ο ένας στον άλλο μέσω του περιβάλλοντος ιστού».
Τα παραδοσιακά ασύρματα συστήματα δημιουργούν προκλήσεις για τα πολύ μικρά εμφυτεύματα, επειδή οι κεραίες και οι απαιτήσεις ισχύος τους μπορούν να αυξήσουν το μέγεθος της συσκευής.
Αντίθετα, το SWANS βασίζεται στην αγωγιμότητα των βιολογικών ιστών για τη μεταφορά των σημάτων του, μειώνοντας το απαιτούμενο υλικό και την ενέργεια για την επικοινωνία.
Τα εμφυτεύματα χρησιμοποιούν παθητικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα, τα οποία ουσιαστικά δεν καταναλώνουν ενέργεια όσο περιμένουν ένα σήμα. Ενεργοποιούνται όταν λαμβάνουν το σχετικό σήμα και στη συνέχεια εκτελούν μια προγραμματισμένη ενέργεια.
Μικροσκοπικά εμφυτεύματα συντονίζουν τη θεραπεία
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ένας μικρός ενεργοποιητής που ενεργοποιείται μία φορά την ημέρα θα μπορούσε να λειτουργεί για περίπου έναν χρόνο πριν χρειαστεί αντικατάσταση.
Οι δοκιμές έδειξαν επίσης ότι οι ηλεκτρικοί παλμοί που χρησιμοποιούνται για την επικοινωνία δεν προκάλεσαν βλάβη σε δείγματα ιστών.
Το SWANS δεν έχει σχεδιαστεί για τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων. Αντίθετα, τα εμφυτεύματα ανταλλάσσουν απλά σήματα, όπως το εάν έχει ανιχνευθεί μια συγκεκριμένη κατάσταση ή εάν θα πρέπει να ενεργοποιηθεί μια ενέργεια.
Η πιο απαιτητική επεξεργασία δεδομένων μπορεί να πραγματοποιείται σε έναν εξωτερικό φορητό κόμβο. Ο κόμβος μπορεί να συνδυάζει μετρήσεις από πολλαπλά εμφυτεύματα και να συντονίζει θεραπευτικές αποκρίσεις από συσκευές σε άλλα σημεία του σώματος.
Αυτή η αρχιτεκτονική θα μπορούσε τελικά να επιτρέψει τη δημιουργία δικτύων στα οποία οι αισθητήρες παρακολουθούν συνεχώς βιολογικές καταστάσεις και ενεργοποιούν αυτόματα θεραπείες όταν χρειάζεται.
Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν τη νευρική διέγερση και τη χορήγηση φαρμάκων, αν και η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε ερευνητικό στάδιο.
Οι ερευνητές απέδειξαν επίσης την επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών σημείων του σώματος, συμπεριλαμβανομένων συσκευών που τοποθετήθηκαν βαθιά στο στομάχι.
«Η τελική μας ελπίδα είναι να μπορέσουμε να αυτοματοποιήσουμε πλήρως την ανθρώπινη υγεία - να μπορούμε να παρέχουμε μια θεραπεία ακριβώς όταν χρειάζεται, εκεί όπου χρειάζεται, και να το κάνουμε με συντονισμένο τρόπο σε ολόκληρο το σώμα», δήλωσε ο Abramson.
(Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science)
www.worldenergynews.gr
