Мережа SWANS від Georgia Tech з'єднує імпланти через тканини тіла

Більшість імплантів, як-от кардіостимулятори та інсулінові помпи, працюють ізольовано. Інженери Georgia Tech створили мережеву систему, яка дає їм змогу координуватися між собою: сигнали передаються через тканини тіла, а не через антени й радіохвилі. Дослідження опубліковано в журналі Science.

Чому радіо не підходить тілу

Сьогодні імпланти переважно покладаються на Bluetooth Low Energy і NFC, але обидва погано підходять для передавання даних у тілі, каже співавтор дослідження, інженер Georgia Tech Алекс Абрамсон. Увімкнені компоненти Bluetooth скорочують час роботи батареї імпланта до 90%, а радіозв'язок слабшає під час проходження через понад 1 сантиметр тканини. Радіо потребує антени, тому компонентам Bluetooth потрібна щонайменше 5 міліметрів ширини.

Мережа за моделлю нервової системи

Альтернатива групи Абрамсона називається SWANS (Smart Wireless Autonomous Networking System). Вона покладається на іонну провідність — той самий механізм, за допомогою якого нейрони створюють різницю напруг, переміщуючи іони натрію та калію через мембрани, але сигнали прямують через звичайні тканини, а не через нерви. Носимий хаб містить інтелект та енергію і випромінює імпульси напруги до 12 вольт. Патч із мікроголок із нержавіючої сталі передає імпульси до погано провідного зовнішнього шару шкіри, а імпланти, які вводяться шприцом, працюють усередині тіла.

Усі імпланти в його зоні дії вловлюють імпульс, але реагує лише потрібний пристрій — приблизно так, як люди в переповненій кімнаті повертають голову лише на власне ім'я, каже Абрамсон. Резистор і конденсатор прив'язують перемикач до конкретного поєднання сили та тривалості імпульсу.

Випробування в тканинах і живих тваринах

Імпланти складаються з пасивних компонентів, тому під час прослуховування вони майже не витрачають енергію, а час роботи батареї у 15 разів більший порівняно з Bluetooth і NFC. Імплант із батареєю має 17 міліметрів завдовжки, 3 міліметри завширшки та 1,1 міліметра завтовшки і вміщується в голку 6-го калібру. У тканині черевної стінки свині 10-вольтовий імпульс створив градієнт напруги на ширині понад 30 сантиметрів і глибині 14 сантиметрів.

У живих щурів сигнали досягли імплантів, розміщених під шкірою, у черевній порожнині та в шлунку. Сенсори, прикріплені до передніх кінцівок, спричинили імпульс, що дійшов до імпланта в задній кінцівці, і кінцівка сіпнулася, а передавач проводить сигнал лише за температури понад 40 градусів. Під час двомісячного дослідження навколо імплантів виросло до 1 міліметра рубцевої тканини, але збільшення напруги в безпечних межах зберегло зв'язок.

Чого SWANS не може робити

SWANS не може передавати багато даних, і це свідомий вибір: він передає лише ключову інформацію, наприклад показники температури, між частинами тіла, і ще не перевірявся на великих тваринах чи людях. За словами Абрамсона, система легко під'єднується до наявних імплантів і не залежить від сенсора чи актуатора.