Имплантаты и носимые датчики объединили в сеть через тело
Всем известна, а многие уже и пользуются системой «умный дом». Нечто похожее теперь появилось для человеческого организма. Инженеры Технологического института Джорджии объединили различные медицинские носимые устройства и имплантаты в сеть через тело. Разработка под названием SWANS (Smart Wireless Autonomous Networking System — «умная беспроводная автономная сетевая система») описана в журнале Science.
Эта сеть, использующая для передачи данных саму плоть, может связывать множество устройств внутри и снаружи тела — сенсоры, автоматические помпы с лекарствами, интерфейсы «мозг–компьютер», бионические протезы и т. п.
«С нашей системой можно разместить датчики там, где удобнее всего улавливать биологический сигнал, а исполнительные устройства — там, где лучше всего выполнять терапевтическое действие. Им не обязательно быть соединенными или даже находиться рядом друг с другом — они просто передают сигналы через окружающие ткани», — говорит инженер-химик Алекс Абрамсон, руководивший разработкой.
Исследователи стремились воспроизвести уровень связанности, которого тело достигает с помощью нервной системы. Поскольку сигналы вроде Bluetooth или NFC плохо проходят через тело и требуют громоздких антенн и источников питания, связь обеспечили естественной ионной проводимостью живых тканей.
С точки зрения электрических сигналов тело на сеть совсем не похоже — скорее на один провод, к которому все подключено. Поэтому разработаны алгоритмы мультиплексирования данных — каждый имплантат запрограммирован на отклик на импульсы определенного напряжения, частоты и длительности, адресованные именно ему; можно настроить один исполнительный механизм на объединение информации с нескольких сенсоров.
SWANS испытали в нескольких опытах на крысах. В одном эксперименте, например, управляли движением задних лапок животного сигналами, снятыми тензодатчиками с передних, имитируя ходьбу.
Благодаря низкому энергопотреблению сети подключаемые к ней устройства могут быть достаточно маленькими, чтобы вводить их шприцем. Этим же достоинством обусловлен долгий срок службы — испытания показали, что крошечный исполнительный механизм, срабатывающий раз в день, должен проработать около года до замены. Еще один плюс — слабые токи абсолютно безвредны и, по всей видимости, почти не будут ощущаться.
SWANS рассчитана на передачу минимальной информации — типа включить/выключить. Более интенсивный трафик или тяжелые вычисления происходят на внешнем носимом хабе, который может координировать показания датчиков с имплантатов и направлять терапевтические действия других устройств.
«Наша главная цель — полностью автоматизировать здоровье человека: доставлять терапию точно тогда, когда это нужно, туда, где это нужно, и делать это скоординированно по всему телу. SWANS координирует множество датчиков и исполнительных устройств в разных концах организма, и это огромный шаг на пути к персонализированной биоэлектронной медицине», — заключил Абрамсон.
