Инженеры из Технологического института Джорджии разработали беспроводную систему связи между имплантами, которая использует ткани организма как проводящую среду. Решение может стать основой для компактных сенсоров и терапевтических устройств без антенн и внешнего передатчика.
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) представили систему Smart Wireless Autonomous Networking System (SWANS), в которой электрические импульсы передаются через ионную проводимость биологических тканей. Благодаря этому микроприборы могут обмениваться сигналами без традиционных радиочастотных элементов.
По словам авторов, такая схема помогает решить одну из ключевых задач биоэлектроники: уменьшить размеры имплантов, не потеряв возможности согласованной работы нескольких устройств. Компоненты SWANS имеют микрометровые размеры, а сами импланты могут быть меньше 3 мм и вводиться через иглу.
В режиме ожидания они потребляют микроватты энергии или почти не требуют питания. Активация происходит только после получения определенного сигнала. По оценкам исследователей, имплант, включающийся один раз в сутки, потенциально может работать около года.
В отличие от Bluetooth и других радиочастотных технологий, SWANS не предназначена для передачи больших массивов данных. Каждый прибор распознает конкретную комбинацию напряжения и длительности импульса. Это позволяет адресно активировать один имплант, не включая другие.
Такой подход открывает возможность создания сетей из множества независимых сенсоров и терапевтических устройств. По данным авторов, система обеспечивала почти в десять раз большую дальность передачи через ткани, чем радиочастотные методы, — более 30 см.
Работоспособность концепции показали на животной модели. Исследователи соединили сенсор, который фиксировал движение передней лапы крысы, с имплантированным нейроинтерфейсом в задней конечности. Полученный сигнал автоматически запускал электрическую стимуляцию мышцы, вызывая сокращение, синхронизированное с движением.
Отдельные эксперименты также подтвердили возможность передачи сигналов между устройствами, расположенными в разных участках тела, в том числе глубоко в брюшной полости.
«Теперь можно размещать сенсоры там, где лучше всего регистрируется биологический сигнал, а исполнительные устройства — там, где лучше всего реализовывать терапевтическое действие, — отметил Алекс Абрамсон, старший автор исследования и доцент Технологического института Джорджии. — Они не должны быть соединены, выровнены или даже находиться рядом — они могут передавать сигналы через окружающие ткани».
В перспективе такая архитектура может стать основой замкнутых терапевтических систем, где сенсоры непрерывно контролируют физиологические параметры, а удаленные импланты автоматически запускают нейростимуляцию или доставку лекарственных средств.
При этом текущие результаты получены преимущественно в экспериментальных моделях. До клинического применения еще необходимо оценить долгосрочную безопасность электрической стимуляции, стабильность имплантов и работу многозвенных сетей у человека.
