شبكة SWANS من Georgia Tech تربط الغرسات عبر أنسجة الجسم

معظم الغرسات مثل منظّمات ضربات القلب ومضخات الأنسولين تعمل بمعزل عن غيرها. بنى مهندسو Georgia Tech نظاماً شبكياً يسمح لها بالتنسيق معاً: تُنقل الإشارات عبر أنسجة الجسم بدلاً من الهوائيات وموجات الراديو. نُشر البحث في مجلة Science.

لماذا لا يناسب الراديو الجسم

تعتمد الغرسات اليوم بشكل أساسي على Bluetooth Low Energy و NFC، لكن كليهما غير مناسب لنقل البيانات في الجسم، كما يقول المشارك في البحث، مهندس Georgia Tech Alex Abramson. تخفض مكوّنات Bluetooth النشطة عمر بطارية الغرسة بنسبة تصل إلى 90%، وتضعف اتصالات الراديو عند المرور عبر أكثر من 1 سنتيمتر من الأنسجة. يحتاج الراديو إلى هوائي، لذا تحتاج مكوّنات Bluetooth إلى عرض 5 ميليمترات على الأقل.

شبكة على نموذج الجهاز العصبي

بديل مجموعة Abramson يُسمى SWANS (Smart Wireless Autonomous Networking System). يعتمد على التوصيل الأيوني، الآلية نفسها التي تصنع بها الخلايا العصبية فرق جهد عبر نقل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم خلال الأغشية، إلا أن الإشارات تنتقل عبر أنسجة عادية بدلاً من الأعصاب. يحتوي المركز القابل للارتداء على الذكاء والطاقة ويصدر نبضات جهد تصل إلى 12 فولتاً. تنقل رقعة من الإبر الدقيقة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ النبضات إلى الطبقة الخارجية من الجلد ضعيفة التوصيل، بينما تعمل الغرسات التي تُحقن بالمحقن داخل الجسم.

تلتقط كل الغرسات في نطاقه النبضة، لكن الجهاز المطلوب فقط يستجيب، تقريباً كما يلتفت الناس في غرفة مزدحمة فقط عند سماع أسمائهم، كما يقول Abramson. يربط المقاوم والمكثف المفتاح بمزيج محدد من قوة النبضة ومدتها.

اختبارات في الأنسجة وحيوانات حية

تتكون الغرسات من مكوّنات سلبية، لذا لا تستهلك تقريباً أي طاقة عند الاستماع، وعمر البطارية أطول 15 مرة مقارنة بـ Bluetooth و NFC. الغرسة التي تعمل بالبطارية يبلغ طولها 17 ميليمتراً وعرضها 3 ميليمترات وسماكتها 1.1 ميليمتر وتدخل في إبرة 6 gauge. في أنسجة بطن الخنزير، أنشأ نبض بقوة 10 فولت تدرجاً في الجهد بعرض أكثر من 30 سنتيمتراً وعمق 14 سنتيمتراً.

في الجرذان الحية، وصلت الإشارات إلى غرسات مثبتة تحت الجلد وفي التجويف البطني وفي المعدة. تسببت المستشعرات المثبتة على الأطراف الأمامية في نبضة وصلت إلى غرسة في الطرف الخلفي وجعلت الطرف ينتفض، بينما يمرر المرسل الإشارة فقط عند حرارة أعلى من 40 درجة. خلال دراسة استمرت شهرين، نما نسيج ندبي يصل إلى 1 ميليمتر حول الغرسات، لكن رفع الجهد ضمن نطاق آمن حافظ على الاتصال.

ما لا تستطيع SWANS فعله

لا تستطيع SWANS نقل الكثير من البيانات، وهذا اختيار واعٍ: فهي تنقل فقط المعلومات الأساسية، مثل قراءات الحرارة، بين أجزاء الجسم، ولم تُختبر بعد على حيوانات كبيرة أو البشر. وفقاً لـ Abramson، يتصل النظام بسهولة بالغرسات الحالية وهو مستقل عن المستشعر أو المشغّل.