Inginerii de la Georgia Tech utilizează corpul uman pentru a transmite semnale către dispozitive wireless
Inginerii de la Georgia Tech au dezvoltat un sistem de rețea wireless care folosește corpul uman pentru a permite comunicarea între senzori și actuatori implantabili, precum și între dispozitive purtabile.
Sistemul lor permite dispozitivelor să colaboreze într-un mod inovator, având capacitatea de a detecta semnale biologice într-o anumită zonă a corpului și de a declanșa o reacție terapeutică într-o altă zonă, cum ar fi eliberarea de medicamente sau stimularea unui nerv.
Descris pe 24 septembrie în revista Science, metoda lor de comunicare este extinsă pentru a include mai multe dispozitive interconectate în întregul corp, chiar și în interiorul stomacului.
„Cu sistemul nostru, poți plasa acum senzori în cele mai bune locuri pentru a detecta un semnal biologic și actuatori în cele mai potrivite locuri pentru a efectua o acțiune terapeutică. Nu este necesar să fie conectați, aliniați sau chiar aproape unul de celălalt; pot doar să își transmită semnalele prin țesutul din jur”, a declarat Alex Abramson.
Scopul cercetătorilor a fost să imite același nivel de conectivitate pe care corpul îl realizează prin sistemul nervos. Invenția lor se numește SWANS, acronim pentru Smart Wireless Autonomous Networking System.
Abramson a menționat că organismul uman nu permite trecerea semnalelor wireless tradiționale, cum ar fi Bluetooth sau NFC, ceea ce a limitat în trecut colaborarea dintre dispozitivele purtabile și implanturi. Aceste semnale necesită antene mari și multă energie, ceea ce face ca implanturile să fie, de obicei, mari pentru a acomoda aceste componente.
SWANS elimină aceste limitări prin utilizarea conductivității ionice naturale a țesutului corporal ca legătură între dispozitive.
Fiecare implant este programat să răspundă la impulsuri electrice de un anumit voltaj și lungime, transmise prin țesut de la un dispozitiv la altul, permițând activarea selectivă a acestora. De asemenea, acestea pot fi programate să colaboreze astfel încât datele provenite de la mai mulți senzori să coordoneze o acțiune terapeutică.
„Am fost întotdeauna pasionat de crearea de dispozitive care să îmbunătățească calitatea vieții pacienților”, a afirmat Ramy Ghanim. „Automatizarea îmbunătățește rezultatele și simplifică regimurile de tratament pentru pacienți.”
În cadrul studiului, cercetătorii au demonstrat controlul motor al membrilor duali la un șobolan prin coordonarea unei rețele complete de senzori și interfețe neuronale. Senzorii lor au detectat mișcarea labei din față a șobolanului și au declanșat autonom un alt dispozitiv care a stimulat și contractat mușchiul din laba din spate, simulând astfel modelul natural de mers al animalului.
Cu rețeaua lor de consum redus de energie, inginerii pot crea implanturi mai mici de 3 milimetri, suficient de mici pentru a fi implantate printr-o seringă. Acestea sunt formate din componente electronice pasive care consumă practic zero energie în timp ce așteaptă să fie activate, dar se activează instantaneu pentru a efectua o acțiune.
Cererea redusă de energie înseamnă că dispozitivele au o durată de viață lungă: în experimentele lor, echipa a constatat că un mic actuator activat o dată pe zi ar trebui să dureze aproximativ un an înainte de a necesita înlocuirea. De asemenea, au raportat că impulsurile electrice mici nu au cauzat daune probelor de țesut.
SWANS este conceput pentru a transmite doar cantități mici de date între dispozitive, cum ar fi prezența sau absența unui semnal sau un declanșator da/nu pentru o acțiune anume. Schimburile mai mari de date sau calculele complexe se realizează pe un hub purtabil extern care poate coordona citirile senzorilor din implanturi și direcționa acțiunile terapeutice ale altor dispozitive.
Ghanim și Abramson au colaborat cu cercetători de la Georgia Tech din domeniile ingineriei mecanice, biomedicale și electrice, inclusiv cu W. Hong Yeo și fostul student la doctorat Yoon Jae Lee. De asemenea, au lucrat cu cercetători din domeniul științei materialelor și ingineriei de la Massachusetts Institute of Technology, Aristide Gumyusenge și Camille Cunin.
„Speranța noastră supremă este să putem automatiza complet sănătatea umană – să putem furniza o terapie exact când este necesară, unde este necesară, și să facem acest lucru într-un mod coordonat în întregul corp”, a spus Abramson. „Cu noul nostru sistem, poți acum coordona mai mulți senzori și actuatori în locații complet disparate ale corpului, ceea ce reprezintă un pas uriaș înainte în căutarea medicinei bioelectronice personalizate.”
