Имплантаты и крошечные машины в конечном итоге могут работать внутри наших тел, помогая лечить болезни или контролировать активность, но заставить их общаться сложно. Теперь ученые EPFL разработали систему, в которой устройства могут взаимодействовать, высвобождая молекулы в кровоток пациента.
Биомедицинские имплантаты играют ключевую роль в здравоохранении, контролируя деятельность таких органов, как сердце или мозг, а недавние исследования изучают, как наноразмерные роботы однажды смогут плавать или ползать внутри человеческого тела, чтобы бороться с болезнями. Но у всех этих систем есть проблемы со связью.
Мало того, что прокладывать провода внутри тела нецелесообразно, так еще и возникает риск заражения. Однако беспроводные технологии, такие как радио, свет и Bluetooth, не распространяются эффективно в тканях человека, что значительно ограничивает дальность их распространения.
Теперь ученые EPFL продемонстрировали экспериментальную систему, называемую биомолекулярной связью. Идея состоит в том, чтобы микро- или нанороботы и имплантаты общались, высвобождая определенные молекулы в кровоток — в основном, наличие молекулы может интерпретироваться машиной как «1», а ее отсутствие представляет собой «0».
«Биомолекулярная связь стала наиболее подходящей парадигмой для наноимплантируемого Интернета вещей», — сказал Хайтам Аль Хассание, автор исследования. «Это невероятная идея: мы можем отправлять данные, кодируя их в молекулы, а затем через кровь мы можем общаться с ними и направлять их, куда идти и когда выпустить лечение, точно так же, как гормоны».
Исследовательская группа применила к молекулярным сетям методы электронных сетей, такие как проверка пакетов, оценка каналов, схемы кодирования и декодирования. Это помогает преодолеть проблемы, связанные с биологией, такие как нестабильность каналов, отсутствие синхронизации и обратной связи.
Исследователи протестировали технологию на синтетической системе кровообращения в лаборатории, которая состоит из трубок и насосов, имитирующих кровеносные сосуды и сердце. В ходе испытаний они обнаружили, что эта технология может передавать молекулярные сигналы одновременно на четыре устройства, превосходя существующие технологии.
Конечно, успех в лабораторных испытаниях не обязательно приводит к использованию в реальной жизни, и команда признает, что у живых пациентов в игру вступает гораздо больше факторов. Тем не менее, они говорят, что это многообещающий первый шаг к конечной цели. Другие ученые успешно передали данные посредством ионного обмена в тканях человека.
Это исследование было представлено на конференции ACMSIGCOMM2023, состоявшейся в сентябре этого года.