سیستم SWANS؛ فناوری جدیدی برای ایجاد شبکه ارتباطی درون بدن انسان

محققان دانشگاه جورجیا تک موفق به طراحی یک شبکه ارتباطی نوآورانه شده‌اند که برخلاف فناوری‌های رایج، از بافت‌های بدن انسان به عنوان بستر انتقال سیگنال استفاده می‌کند. این سیستم که SWANS نام دارد، می‌تواند آینده ایمپلنت‌های پزشکی مانند ضربان‌سازها و پمپ‌های انسولین را برای هماهنگی بیشتر تغییر دهد.

چرا فناوری‌های فعلی برای ایمپلنت‌ها مناسب نیستند؟

در حال حاضر، اکثر تجهیزات پزشکی از پروتکل‌هایی نظیر بلوتوث (Bluetooth Low Energy) یا NFC برای تبادل داده استفاده می‌کنند. با این حال، این روش‌ها با دو چالش بزرگ روبرو هستند:

• مصرف بالای انرژی: فعال ماندن بلوتوث می‌تواند تا ۹۰ درصد از عمر باتری ایمپلنت را کاهش دهد.
• محدودیت نفوذ: امواج رادیویی در بافت‌های بدن به شدت تضعیف می‌شوند و نمی‌توانند مسافت‌های طولانی را طی کنند.
• ابعاد بزرگ: قطعات بلوتوث به آنتن‌های نسبتاً بزرگی نیاز دارند که جایگذاری آن‌ها را در ایمپلنت‌های بسیار کوچک دشوار می‌کند.

معرفی سیستم SWANS؛ الهام‌گرفته از سیستم عصبی

سیستم SWANS (شبکه خودگردان هوشمند بی‌سیم) با تقلید از عملکرد نورون‌ها در سیستم عصبی طراحی شده است. این فناوری به جای امواج رادیویی، از هدایت یونی برای انتقال پالس‌های الکتریکی استفاده می‌کند. در این روش، یک واحد مرکزی پوشیدنی، پالس‌های ولتاژی را به بدن ارسال می‌کند که از طریق بافت‌ها پخش می‌شوند.

هر ایمپلنت در این شبکه، تنها زمانی به سیگنال پاسخ می‌دهد که پالس دریافتی از یک آستانه مشخص عبور کند. این ویژگی باعث می‌شود ایمپلنت‌ها مانند افرادی در یک اتاق شلوغ که تنها وقتی نام خودشان شنیده می‌شود واکنش نشان می‌دهند، عمل کنند.

نتایج آزمایش‌های زیستی و ایمنی

تیم تحقیق، کارایی این سیستم را در بافت‌های مختلف از جمله گوشت مرغ، گوشت خوک و همچنین در بدن موش‌های زنده مورد آزمایش قرار دادند. نتایج نشان داد که سیگنال‌ها حتی از میان لایه‌های ضخیم چربی و عضله نیز به راحتی عبور می‌کنند.

در آزمایش‌های انجام شده روی موش‌ها، ما توانستیم با ارسال یک پالس از ناحیه شکم، ایمپلنتی را در ناحیه پشت بدن فعال کنیم که منجر به تحریک عصب و حرکت پا شد.

از نظر ایمنی، بررسی‌ها نشان داد که این پالس‌های ولتاژی باعث ایجاد آسیب سلولی یا تغییر در فعالیت الکتریکی قلب نمی‌شوند و با وجود رشد اندک بافت اسکار، ارتباط سیستم پایدار باقی می‌ماند.

چشم‌انداز آینده: شبکه درمانی درون‌بدنی

اگرچه سیستم SWANS برای انتقال حجم عظیمی از داده‌ها طراحی نشده است، اما برای انتقال اطلاعات حیاتی (مانند سطح دما یا فشار) بسیار ایده‌آل است. هدف نهایی این فناوری، ایجاد یک شبکه یکپارچه است که در آن دستگاه‌های مختلف مانند پمپ‌های دارورسانی و محرک‌های عصبی بتوانند با هم گفتگو کنند.

این هماهنگی می‌تواند درمان‌های پیچیده‌ای مانند مدیریت دقیق حملات صرع را از طریق ترکیب همزمان دارو و تحریک عصبی ممکن سازد.

نتیجه‌گیری: فناوری SWANS با استفاده از ویژگی‌های طبیعی بدن، راهکاری کارآمد برای اتصال ایمپلنت‌های پزشکی ارائه می‌دهد که هم عمر باتری را افزایش می‌دهد و هم محدودیت‌های فیزیکی امواج رادیویی را از میان برمی‌دارد.