Georgia Tech-ის SWANS ქსელი იმპლანტებს სხეულის ქსოვილით აკავშირებს

კარდიოსტიმულატორებისა და ინსულინის ტუმბოების მსგავსი იმპლანტების უმეტესობა იზოლირებულად მუშაობს. Georgia Tech-ის ინჟინრებმა ააგეს ქსელური სისტემა, რომელიც მათ ერთმანეთთან კოორდინაციის საშუალებას აძლევს: სიგნალები ანტენებისა და რადიოტალღების ნაცვლად სხეულის ქსოვილში გადაიგზავნება. კვლევა ჟურნალ Science-ში გამოქვეყნდა.

რატომ არ უხდება რადიო სხეულს

დღეს იმპლანტები ძირითადად Bluetooth Low Energy-სა და NFC-ს ეყრდნობა, თუმცა ორივე ცუდად უხდება სხეულში მონაცემთა გადაცემას, ამბობს კვლევის თანაავტორი, Georgia Tech-ის ინჟინერი Alex Abramson. ჩართული Bluetooth კომპონენტები იმპლანტის ბატარეის ხანგრძლივობას 90%-მდე ამცირებს, რადიოკავშირი კი 1 სანტიმეტრზე მეტი ქსოვილის გავლისას სუსტდება. რადიოს ანტენა სჭირდება, ამიტომ Bluetooth კომპონენტებს მინიმუმ 5 მილიმეტრი სიგანე სჭირდება.

ქსელი ნერვული სისტემის მოდელზე

Abramson-ის ჯგუფის ალტერნატივას SWANS (Smart Wireless Autonomous Networking System) ჰქვია. ის იონურ გამტარობას ეყრდნობა, იმავე მექანიზმს, რომლითაც ნეირონები ნატრიუმისა და კალიუმის იონებს მემბრანაზე გადაადგილებით ძაბვის სხვაობას ქმნიან, ოღონდ სიგნალები ნერვების ნაცვლად ჩვეულებრივი ქსოვილით მიემართება. ტარებადი ჰაბი ინტელექტსა და ენერგიას იტევს და 12 ვოლტამდე ძაბვის იმპულსებს გამოსცემს. უჟანგავი ფოლადის მიკრონემსების პატჩი იმპულსებს კანის ცუდად გამტარ გარე ფენას გადაატანს, შპრიცით შესაყვანი იმპლანტები კი სხეულში მუშაობენ.

მისი დიაპაზონის ყველა იმპლანტი იმპულსს იჭერს, მაგრამ რეაგირებს მხოლოდ საჭირო მოწყობილობა, დაახლოებით ისე, როგორც ხალხმრავალ ოთახში ადამიანები მხოლოდ საკუთარ სახელზე იბრუნებენ თავს, ამბობს Abramson. რეზისტორი და კონდენსატორი გადამრთველს იმპულსის სიძლიერისა და ხანგრძლივობის კონკრეტულ შეხამებაზე მიაბამს.

გამოცდები ქსოვილსა და ცოცხალ ცხოველებში

იმპლანტები პასიური კომპონენტებისგან შედგება, ამიტომ მოსმენისას ენერგიას თითქმის არ ხარჯავენ და ბატარეის ხანგრძლივობა Bluetooth-თან და NFC-თან შედარებით 15-ჯერ მეტია. ბატარეიანი იმპლანტი 17 მილიმეტრი სიგრძის, 3 მილიმეტრი სიგანის და 1,1 მილიმეტრი სისქისაა და 6-გეიჯიან ნემსში თავსდება. ღორის მუცლის ქსოვილში 10-ვოლტიანმა იმპულსმა 30 სანტიმეტრზე მეტ სიგანეზე და 14 სანტიმეტრ სიღრმეზე ძაბვის გრადიენტი შექმნა.

ცოცხალ ვირთაგვებში სიგნალებმა კანქვეშ, მუცლის ღრუსა და კუჭში ჩადგმულ იმპლანტებამდე მიაღწია. წინა კიდურებზე დამაგრებულმა სენსორებმა უკანა კიდურის იმპლანტამდე მისული იმპულსი გამოიწვია და კიდური აკანკალა, გადამცემი კი სიგნალს მხოლოდ 40 გრადუსზე მაღალი სიცხის დროს ატარებს. ორთვიანი კვლევის დროს იმპლანტების გარშემო 1 მილიმეტრამდე ნაწიბუროვანი ქსოვილი გაიზარდა, თუმცა უსაფრთხო ფარგლებში ძაბვის გაზრდამ კავშირი შეინარჩუნა.

რისი გაკეთება არ შეუძლია SWANS-ს

SWANS ბევრ მონაცემს ვერ გადასცემს და ეს შეგნებული არჩევანია: ის მხოლოდ მთავარ ინფორმაციას, მაგალითად ტემპერატურის მაჩვენებელს, სხეულის ნაწილებს შორის გადასცემს და ჯერ დიდ ცხოველებსა თუ ადამიანებზე არ შემოწმებულა. Abramson-ის თქმით, სისტემა არსებულ იმპლანტებს ადვილად უერთდება და სენსორსა თუ აქტუატორზე დამოუკიდებელია.