يتقدم الدواء كل عام - ويقدم أنواعًا جديدة من الأطراف الاصطناعية والأعضاء الاصطناعية والأجهزة الإلكترونية التي يتم زرعها في جسم الإنسان. وبناء على ذلك ، يستطيع المزيد والمزيد من الناس تحمل تكلفة "الترقية" الكهربائية. لكن المشكلة الرئيسية للإلكترونيات القابلة للزراعة هي كيفية توفير مصدر طاقة ثابت ومستقر للأجهزة المدمجة في الجسم؟
تم النظر في خيارات مختلفة لاستخراج الطاقة من البيئة:
العناصر الكهروإجهادية (الاهتزاز) ،
العناصر الكهروحرارية التي تعمل على اختلاف درجة الحرارة (على دفء جسم الإنسان) ،
وأجهزة ضبط
نبضات القلب الكهربائية ، وغيرها من الأجهزة تم اختبارها بالفعل على الفئران والأرانب والخنازير. تستخرج هذه الأدوات الشحنة الكهربائية من الاحتكاك (الكهرباء الساكنة). التجارب جارية مع الإلكترونيات التي تتغذى على
الجلوكوز من دم الإنسان وحمض اللاكتيك من العرق .
بالإضافة إلى استخراج الطاقة من البيئة ، يتم النظر في طرق مختلفة لنقل الطاقة لاسلكيًا. المشكلة الرئيسية هنا هي تطوير طريقة انتقال آمنة مضمونة حتى لا تتلف أنسجة الجسم الحية التي تقع بين جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال.
طور باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ، مع زملائه من مستشفى بريجهام ومستشفى النساء ، نظامًا
جديدًا للنقل الآمن للطاقة على موجات الراديو التي تمر عبر الأنسجة البشرية بأمان. في الاختبارات على الحيوانات ، أثبت الباحثون أن هذه الطريقة مناسبة لتشغيل الأجهزة الموجودة على عمق 10 سم في الأنسجة من مسافة متر واحد. وإذا كانت أجهزة الاستشعار قريبة من الجلد ، فيمكن نقل الطاقة بأمان من مسافة تصل إلى 38 مترًا.
هذه خصائص مقبولة تمامًا تتوافق معها معظم الغرسات البشرية ، بما في ذلك أجهزة تنظيم ضربات القلب ، وغرسات الدماغ لتحفيز أجزاء معينة من الدماغ بالنبضات الخفيفة أو الكهربائية ، بالإضافة إلى أقراص حاويات "ذكية" تطلق الدواء عند وصولها إلى المنطقة المصابة.
حتى الآن ، لم يتمكن العلماء من تقديم نظام طاقة لاسلكي فعال وآمن للأنسجة الحية. الحقيقة هي أن الموجات الراديوية عادة ما يتم امتصاصها بواسطة أنسجة الجسم ، لذلك يصل جزء صغير فقط إلى الجهاز النهائي. مطلوب جهاز إرسال قوي ، ويتم تدمير الأنسجة عند طاقات عالية.
لحل المشكلة ، طور الباحثون نظام "In Vivo Networking" (IVN). هذا هو صفيف هوائي ينبعث من موجات الراديو بترددات مختلفة قليلاً. عندما تنتشر موجات الراديو ، فإنها تتداخل وتتحد بطرق مختلفة. عند نقاط معينة ، يتم الوصول إلى الرنين ويتم تجاوز عتبة الطاقة ، حتى تكون هناك طاقة ترتفع إلى مستوى كاف لتشغيل جهاز الاستشعار المزروع.
مع النظام الجديد ، ليس من الضروري معرفة الموقع الدقيق لأجهزة الاستشعار في الجسم ، حيث تنتقل الطاقة إلى منطقة شاسعة. هذا يعني أيضًا أنه يمكنك تشغيل
أجهزة متعددة في نفس الوقت. يمكن لأجهزة الاستشعار التي تستقبل دفعة قوية أن تنقل المعلومات مرة أخرى إلى الهوائي وفقًا لمبدأ RFID.
"على الرغم من أن هذه الأجهزة الصغيرة المزروعة لا تحتوي على بطاريات ، يمكننا الآن التواصل معها عن بعد. هذا يفتح أنواعًا جديدة تمامًا من التطبيقات الطبية ، كما يقول فاضل أديب ، الأستاذ المساعد في مختبر Mass بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي لمقالة علمية سيتم تقديمها في مؤتمر جمعية الاهتمامات الخاصة بآلات الحوسبة حول اتصالات البيانات (SIGCOMM) في أغسطس 2018. سنوات.
يمكن أن يقلل النقل اللاسلكي للطاقة بشكل كبير من حجم الأجهزة: في التجارب ، اختبر Media Lab غرسة بحجم حبة الأرز تقريبًا. وهذا ليس الحد الأقصى: يعتقد الباحثون أنه يمكن زيادة الحجم.
تم تطوير النظام بالتعاون مع موظفي المختبر في بريغهام ومستشفى النساء ، والذي يعمل حاليًا على أنواع مختلفة من الأجهزة اللوحية الذكية لتوصيل الدواء ، مع أخذ المعايير البيولوجية المختلفة ومراقبة الجهاز الهضمي.
يستخدم الطب بالفعل أقطاب كهربائية قابلة للزرع لتحفيز الدماغ العميق (DBS). تم تطوير هذه الطريقة في الأصل لعلاج التقلصات التي يعاني منها المرضى الذين يعانون من مرض باركنسون ، بالنسبة للعديد من الباحثين ، أصبحت هذه الطريقة طريقة ثورية محتملة لعلاج الأمراض العقلية المختلفة.
بالإضافة إلى التحفيز الكهربائي ، تقوم غرسات الدماغ اللاسلكية بالتحفيز البصري لتحفيز أو تثبيط نشاط مجموعات معينة من الخلايا العصبية. في حين أن هذه التقنية لا تستخدم في البشر ، إلا أنها تعتبر واعدة للغاية لعلاج العديد من الاضطرابات العصبية. في الوقت الحالي ، يتم التحكم في زراعة الدماغ بواسطة جهاز مثل جهاز تنظيم ضربات القلب ، والذي يتم زراعته تحت الجلد. ولكن عند استخدام الطاقة اللاسلكية ، يمكنك استخدام دائرة أكثر راحة.
في المستقبل ، ستكون أجهزة التكرار القوية قادرة على نقل الطاقة إلى غرسات دماغية لمجموعات كاملة من الأشخاص ، وهو أمر مريح للغاية.