Инженеры из Калифорнийского университета в Беркли представили инновационные датчики размером в один кубический миллиметр. Устройство в режиме реального времени способно отслеживать мышечные и нервные сигналы, что открывает невероятный потенциал для контроля работы внутренних органов, систем организма и даже протезов.
Для питания датчика и считывания результатов его измерений используется ультразвук: это универсальное решение, поскольку ультразвуковые колебания, в отличие от радиоволн, могут проникать практически в любую часть тела, отмечают исследователи.
Внутри микродатчика содержится пьезоэлектрический кристалл – он и преобразует ультразвуковые колебания в электричество для питания транзистора, который контактирует с нервом или мышечным волокном.
По словам изобретателей, современные имплантируемые электроды имеют ряд недостатков: они могут быстро выйти из строя, требуют для подключения сложную систему из проводов и могут занести в организм инфекцию. К тому же, с развитием технологий они устаревают уже через год-два, если не раньше. Новые микроскопические датчики решают большинство этих проблем.
Соавтор разработки нейрофизиолог Хосе Кармена (Jose Carmena) подчёркивает, что применение датчиков в организме почти не имеет ограничений. "Если человек парализован, он может управлять компьютером или роботизированной рукой, нужно просто имплантировать датчик в мозг, и это будет работать всю жизнь. Датчики также можно использовать для контроля мочевого пузыря или подавления аппетита", — отмечает учёный.
Первые испытания прошли на крысах: микродатчики помещались в мышцы и периферические нервы. Для грызунов были специально изготовлены рюкзачки, в которые помещался ультразвуковой приёмопередатчик, записывающий данные из имплантированных "пылинок". Результаты оказались более чем вдохновляющими: учёные убедились, что потенциал использования их датчиков может быть расширен – они подойдут для стимулирования иммунной системы и снижения воспалений. Также, благодаря возможности точного воздействия на нервы, их можно будет использовать для лечения неврологических расстройств – например, эпилепсии.
Работу над устройством команда ещё не завершила: по словам учёных, датчики-песчинки можно сделать ещё более миниатюрными – в половину толщины человеческого волоса. Также ещё предстоит улучшение поверхностного приёмопередатчика, который посылает и принимает ультразвук, и поиск новых биосовместимых материалов.
В более смелых планах – расширение возможностей датчика, чтобы он мог обнаруживать и неэлектрические сигналы – например, распознавать изменение уровня кислорода и гормонов.
Научная статья с подробным описанием разработки опубликована в журнале Neuron.
