مهندسان با استفاده از بدن بهعنوان شبکه، ابزارهای پوشیدنی و ایمپلنتهای حوزه سلامت را به یکدیگر متصل میکنند
- لینک مفید:حسگر پوشیدنی سلامت را رصد میکند و با استفاده از بزاق و اشک، دارو تجویز میکند
- بیشتر بخوانید:توسعه حسگر پوشیدنی با الهام از اختاپوس
- بیشتر بدانید:حسگر فعالیت ماهیچهای به وسیله لباس
مهندسان با استفاده از بدن بهعنوان شبکه، ابزارهای پوشیدنی و ایمپلنتهای حوزه سلامت را به یکدیگر متصل میکنند
مهندسان مؤسسه فناوری جورجیا (Georgia Tech) با بهرهگیری از بدن انسان برای انتقال سیگنال، یک سیستم شبکه بیسیم ابداع کردهاند که به حسگرها و عملگرهای بسیار کوچکِ قابلکاشت امکان میدهد با یکدیگر و با دستگاههای پوشیدنی ارتباط برقرار کنند.
این سیستم به دستگاهها اجازه میدهد تا به شیوهای بیسابقه با هم همکاری کنند؛ بدینصورت که با حسکردن شرایط در یک بخش از بدن، واکنشی درمانی را در بخشی دیگر فعال سازند؛ اقداماتی نظیر آزادسازی دارو یا تحریک یک عصب.
این پژوهش در نشریه «ساینس» (Science) منتشر شده است.
روش ارتباطی آنها قابلیت گسترش دارد تا شامل چندین دستگاهِ بههممتصل در نقاط مختلف بدن، حتی در عمق معده، شود.
الکس آبرامسون، نویسنده ارشد این مطالعه و استادیار دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکولی، گفت: «با استفاده از سیستم ما، اکنون میتوان حسگرها را در بهترین موقعیت ممکن برای تشخیص سیگنالهای زیستی و عملگرها را در بهترین مکان برای انجام اقدامات درمانی قرار داد.»
«این دستگاهها نیازی به اتصال فیزیکی، همراستایی یا حتی قرارگرفتن در مجاورت یکدیگر ندارند؛ آنها میتوانند صرفاً از طریق بافتهای پیرامونی برای یکدیگر سیگنال ارسال کنند.»
بافت به کانال ارتباطی تبدیل میشود
محققان قصد داشتند همان سطح از اتصالی را که بدن از طریق سیستم عصبی به دست میآورد، تقلید کنند. آنها اختراع خود را SWANS مینامند که مخفف Smart Wireless Autonomous Networking System است.
آبرامسون گفت که بدن ما در عبور سیگنالهای بیسیم سنتی مانند بلوتوث یا NFC عملکرد بسیار بدی دارد و این موضوع بهطور سنتی میزان همکاری دستگاههای پوشیدنی و ایمپلنتها را محدود کرده است. این سیگنالها همچنین به آنتنهای بزرگ و قدرت زیادی نیاز دارند؛ بنابراین، ایمپلنتها باید برای تطبیق با این اجزا بزرگ باشند.
SWANS با استفاده از رسانایی یونی طبیعی بافت بدن بهعنوان اتصال بین دستگاهها، این محدودیتها را از بین میبرد.
هر ایمپلنت بهگونهای برنامهریزی شده است که به پالسهای الکتریکی با ولتاژ و مدتزمان مشخص که از طریق بافت و از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل میشوند، پاسخ دهد؛ این ویژگی امکان فعالسازی گزینشی آنها را فراهم میسازد.
همچنین میتوان آنها را برای هماهنگسازی دادههای حاصل از حسگرهای متعددِ موجود در سطح و داخل بدن و نیز آغاز یک اقدام درمانی احتمالی، برنامهریزی کرد.
رامی غانم، دانشجوی دکترا و نویسنده نخست این پژوهش، گفت: «من همواره مشتاق ساخت دستگاههایی بودهام که کیفیت زندگی بیماران را ارتقا دهند. خودکارسازی، نتایج درمانی را بهبود میبخشد و برنامههای درمانی را برای بیماران سادهتر میکند.»
کنترل حرکتی با ایمپلنتهای میلیمتری
در مطالعهی خود، محققان با هماهنگی شبکهای از حسگرها و رابطهای عصبی در تمام بدن، کنترل حرکتی دو اندام را در یک موش نشان دادند.
حسگرهای آنها هنگام حرکت پنجه جلویی موش را تشخیص داده و بهطور خودکار دستگاه دیگری را برای تحریک و انقباض عضله در پای عقب فعال میکردند و الگوی راهرفتن طبیعی حیوان را شبیهسازی میکردند.
مهندسان با شبکهی کممصرف خود میتوانند ایمپلنتهایی کوچکتر از ۳ میلیمتر (یکهشتم اینچ) ایجاد کنند؛ بهاندازهای کوچک که بتوان از طریق سرنگ کاشت.
آنها از اجزای الکترونیکی غیرفعال ساخته شدهاند که اساساً در حالی که منتظر فعالشدن هستند، هیچ نیرویی مصرف نمیکنند، اما فوراً برای انجام یک عمل بیدار میشوند.
نیاز به توان کم به این معنی است که دستگاهها مدت زیادی دوام میآورند. در آزمایشهای خود، تیم دریافت که یک محرک کوچک که یکبار در روز فعال میشود، باید حدود یک سال قبل از نیاز به تعویض دوام بیاورد. آنها همچنین گزارش دادند که پالسهای الکتریکی کوچک هیچ آسیبی به نمونههای بافتی وارد نکردهاند.
سیگنالهای کوچک، درمان هماهنگ
SWANS بهگونهای طراحی شده است که فقط مقادیر کمی از دادهها را بین دستگاهها منتقل کند؛ وجود یا عدم وجود چیزی، یا یک محرک بله/خیر برای انجام برخی اقدامات.
تبادل دادههای بزرگتر یا محاسبات سنگین در یک هاب پوشیدنی خارجی اتفاق میافتد که میتواند خوانش حسگرها از ایمپلنتها را هماهنگ کرده و اقدامات درمانی دیگران را هدایت کند.
غانیم و آبرامسون در این مطالعه با محققان مهندسی مکانیک، زیستپزشکی و برق دانشگاه جورجیا تک، از جمله دبلیو. هونگ یئو و دانشجوی سابق دکترا، یون جائه لی، همکاری کردند. همچنین آنها با محققان علوم و مهندسی مواد مؤسسه فناوری ماساچوست، آریستید گومیوسنگ و کامیل کونین، همکاری کردند.
آبرامسون گفت: «امید نهایی ما این است که بتوانیم سلامت انسان را بهطور کامل خودکار کنیم؛ بتوانیم دقیقاً در زمان مورد نیاز، در جایی که مورد نیاز است و این کار را بهصورت هماهنگ در سراسر بدن انجام دهیم.»
«با سیستم جدید ما، اکنون میتوانید چندین حسگر و محرک را در مکانهای کاملاً متفاوت بدن هماهنگ کنید، که گامی بزرگ به جلو در تلاش برای پزشکی بیوالکترونیک شخصیسازیشده است.»
تاریخ:1405/7/5
مهسا نعمتی
فناوری پزشکی, ابزارهای پوشیدنی, ایمپلنت پزشکی, دستگاههای پزشکی, دارورسانی هوشمند, تحریک عصبی
