Импланты смогут общаться с компьютерами без затрат энергии

Одна из основных проблем современных имплантируемых устройств, которым прочат большое будущее — отсутствие долговечных батареек, то есть постоянного и полноценного электропитания. Но, если у кардиостимулятора, имплантата в мозге или биороботов в крови закончится заряд аккумулятора, его нельзя будет просто подзарядить. Для спасения человека потребуется операция, которая может привести к осложнениям и даже смерти.

Мощной и громоздкой батареей такие миниатюрные устройства оснастить не получится. Поэтому их разработчики пока довольствуются малым и не могут себе позволить снабдить их целым букетом полезных функций.

Но исследователи из США, кажется, нашли решение: они предлагают использовать существующие каналы связи Wi-Fi, ZigBee и Bluetooth, чтобы имплантируемые и носимые устройства смогли "пообщаться" и передать необходимые данные на смартфон, планшет или "умные" часы пользователя. Затем приложение (на большом подзаряжаемом устройстве) сможет переправить важные данные на компьютер лечащего врача, например.

Суть решения американцев следующая: оборудовать имплантат или электронную татуировку (к примеру, вот такую весьма любопытную) антенной, которая будет изменять сигнал, посылаемый приложением в мобильном устройстве с помощью Bluetooth или ZigBee.

"Вместо того чтобы генерировать свой собственный Wi-Fi-сигнал, наша технология создаёт его, используя Bluetooth-передачи от ближайших устройств, например, "умных" часов", — рассказывает один из авторов разработки Вамси Талла (Vamsi Talla) из университета Вашингтона.

В основе решения — явление обратного рассеяния (в оригинале backscatter). Оно позволило создать технологию "общения" устройств между собой при помощи отражения существующих сигналов (например, Bluetooth-сигнал фактически конвертируется в Wi-Fi). Так как в данном случае речь идёт о взаимодействии устройств между собой, то новую технологию назвали Interscatter (inter переводится как "меж, между"). Благодаря ей такие устройства, как беспроводная гарнитура, становятся как источниками, так и приёмниками отражённого сигнала.

Инженеры продемонстрировали работоспособность своего решения на примере Bluetooth-передачи от "умных" часов к "умной" контактной линзе с антенной. Часы с помощью специально созданного приложения сначала отправляют сигнал ("чистый лист"), на который можно записать нужную информацию (например, данные о сахаре крови пациента). Линза получает такой сигнал и отражает его, немного видоизменив. Часы затем считывают его в виде стандартного Wi-Fi-пакета и преобразуют в информацию для приложения, которое показывает больному конкретные данные здесь и сейчас или же подаёт сигнал о необходимости принять лекарство или сделать укол.

Учёные также решили проблему, которая возникает при обратном рассеянии сигнала, а именно появление "зеркальной" копии сигнала, которая создаёт помехи другим источникам и приёмникам Wi-Fi, а также занимает используемую частоту. Команде Таллы удалось избавиться от этих нежелательных "побочных продуктов".

Позднее инженеры США показали, что столь же успешно взаимодействуют между собой смартфон и имплантируемое устройство, записывающее активность нейронов в мозге.


Как поясняет глава научной группы доцент Джошуа Смит (Joshua Smith), технология Interscatter позволяет увеличить срок службы батареи внедряемого в организм медицинского устройства и вместе с тем не лишает его возможности использовать сигналы Wi-Fi для "общения" с другими гаджетами (при этом потребляемая мощность не превышает нескольких десятков микроваттов).

Что касается других применений технологии, то учёные показали, что с помощью Interscatter могут "поговорить" между собой и "умные" банковские карточки. Прототип такой системы использовал Bluetooth-сигнал от смартфона. Приложение позволит пользователю, например, делить оплату счёта между несколькими кредитками без дополнительных действий с его стороны.

Технология, придуманная американскими инженерами, подробно описана в статье, которая была опубликована по итогам их выступления на конференции SIGCOMM 2016 в Бразилии.