Сигналы между устройствами внутри тела обычно идут по классическим беспроводным каналам: они плохо проходят через ткани, требуют громоздких антенн и много энергии. Инженеры Технологического института Джорджии нашли другой путь — сеть SWANS (Smart Wireless Autonomous Networking System), использующую сам организм как среду связи. Ионы в тканях проводят импульсы от одного имплантата к другому, поэтому датчик ставят там, где лучше считывается сигнал, а исполнительный механизм — где нужен терапевтический эффект: высвобождение лекарства или стимуляция нерва. Работа опубликована в журнале Science.
Старший автор исследования, доцент Школы химической и биомолекулярной инженерии Алекс Абрамсон подчеркнул: датчики и исполнительные механизмы не нужно соединять или держать рядом — они посылают сигналы друг другу через окружающие ткани.
С нашей системой теперь вы можете разместить датчики в наилучшем возможном месте для обнаружения биологического сигнала и разместить исполнительные механизмы в наилучшем возможном месте для выполнения терапевтического действия.
Идея — повторить слаженность нервной системы. Каждый имплантат реагирует на импульсы строго определенного напряжения и длительности: устройства активируются выборочно, а показания датчиков объединяются для терапевтического воздействия. Первый автор статьи, аспирант Рами Ганим, признался, что любит создавать устройства, улучшающие жизнь пациентов.
Маломощная сеть сделала имплантаты крошечными — менее трех миллиметров, их вводят шприцем, без операции. Пассивные компоненты почти не расходуют энергию до срабатывания: привод, срабатывающий раз в день, проработает около года, а слабые импульсы не повредили ткани.
Согласованность показали на крысе: датчики фиксировали движение передней лапы и автономно запускали стимуляцию мышцы задней, воспроизводя естественную походку.
SWANS передает лишь небольшие объемы данных — о наличии сигнала и необходимости действия. Вычисления остаются на внешнем носимом устройстве, которое собирает показания датчиков и направляет терапевтические команды.
Авторы надеются автоматизировать здравоохранение: назначать терапию именно тогда и там, где она нужна. Координация датчиков и исполнительных механизмов по всему телу, по словам Абрамсона, — огромный шаг к персонализированной биоэлектронной медицине.
Ранее Наука Mail рассказывала, что мозговой имплант способен переводить речь и жесты одновременно.