Сегодня 28 марта 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → имплантант

Как крупинка соли: беспроводная сеть из встроенных в тело человека датчиков проследит за здоровьем

Пандемия COVID-19 породила конспирологические теории о чипировании граждан. Со временем население действительно понемногу обзаведётся чипами, но чипирование будет происходить не так и не для того. Прежде всего, встроенные микросхемы получат люди с серьёзными проблемами со здоровьем. И даже здоровым понадобятся чипы для слежения за своим состоянием. Это будут сети из сотен встроенных в тело датчиков и шаг к этому сделан.

 Источник изображения: Brown University

Источник изображения: Brown University

Учёные разрабатывают концепцию сети из крошечных беспроводных датчиков, которым не требуется автономное питание. Питание передаётся на них беспроводным способом, а малые размеры означают крайне небольшую потребность в питании. Изюминка разработки в том, что датчики работают не в постоянном режиме, а подобно нейронам в головном мозге человека. Фактически из них создаётся что-то типа нервной ткани, только беспроводной.

Датчик срабатывает только в том случае, если по сети пройдёт сигнал — если появляется необходимость передачи сигнала. В таком режиме система может работать условно бесконечно долго, потребляя минимум энергии. В то же время она будет отслеживать состояние органов и систем человека в режиме реального времени, например, отслеживая заданные биомаркеры в слюне, поте или крови человека.

«Мы имитируем эту структуру [нервной ткани головного мозга] в нашем подходе к беспроводной связи. Датчики не будут отправлять данные постоянно, они будут просто отправлять соответствующие данные по мере необходимости в виде коротких электрических разрядов, и они смогут делать это независимо от других датчиков и без координации с центральным приёмником. Благодаря этому нам удалось бы сэкономить много энергии и избежать переполнения нашего центрального приёмника менее значимыми данными», — пояснили авторы разработки, учёные из Университета Брауна, США.

Эта работа основана на предыдущих исследованиях, проведенных в университете, в которых был представлен новый вид системы нейронного интерфейса, использующей скоординированную сеть крошечных беспроводных датчиков для регистрации и стимуляции мозговой активности. Датчики не обязательно будут использоваться как самостоятельные единицы. На первых порах, очевидно, они будут встраиваться в различные имплантаты. Однако по мере развития миниатюризации подобные датчики будут расширять функциональность и возможности. Здоровье человека — это, прежде всего, предупреждение заболеваний, а не их лечение. Датчики вполне справятся с выявлением проблем на ранних стадиях.

Учёные придумали, как встраивать фотоэлементы в глаза — это поможет вернуть людям зрение

Потеря зрения — это личная катастрофа, которая сегодня практически не решается. Связано это с хрупкостью глаз, к которым не очень-то подступишься. Стимуляция зрительных нервов требует питания, которое в глазное яблоко так просто не заведёшь. Учёные из Австралии предложили решить проблему с помощью интеграции в глаз фотоэлементов. Они одновременно станут датчиками изображения и источником питания для передачи импульса в мозг.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Работы по интеграции в глазное яблоко кремниевых фотодатчиков уже велись. Например, этим занималась группа профессора Дэниела Паланкера (Daniel Palanker) в Стэнфорде. Это исследование послужило отправной точкой для работы австралийских учёных из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW). Учёные из США использовали в своих исследованиях кремниевые фотоэлементы, в которых для создания импульса нужного напряжения необходимо было соединять вместе по три пикселя, что снижало разрешение.

Удо Ремер (Udo Römer) из UNSW предложил заменить малочувствительный кремний на фотоэлементы из германия или арсенида галлия. Также учёные из Австралии решили создавать прототип глазного нейроимплантата на базе многослойных фотоячеек. Это позволит сохранить достаточно высокое разрешение и выработать достаточное для стимуляции глазного нерва напряжение за счёт улавливания более широкого спектра солнечного света. Такие тандемные солнечные ячейки не являются чем-то новым и хорошо исследованы в других работах.

Созданный в UNSW прототип глаза-фотоэлемента имеет площадь 1 см2. Он показал хороший результат. После доработки фотодатчиков и экспериментах на животных размеры глазного фотонейроимплантата будут уменьшены до 2 мм2 с пикселями до 50 мкм. Сопряжение всего этого со зрительным нервом — это будет уже другая и совсем непростая задача. Но если получилось со стимуляцией слуховых нервов, то почему бы это не вышло со стимуляцией глазных?

Разрабатываемое в Австралии решение не станет полноценной заменой утраченному зрению. Когда-нибудь станет возможным и такое. На первых порах, если дело дойдёт до глазных нейроимплантатов, встроенное зрение будет монохромным и низкого разрешения. К тому же, для стимуляции в глазных яблоках фотоэлементов даже повышенной чувствительности необходимы будут дополнительные носимые устройства типа лазеров в умных очках. Но лучше так передавать в глаза энергию, чем проводами.

Кстати, исследователи подчёркивают, что они не собираются двигаться в сторону киборгов. Разработка ведётся исключительно с целью помочь пациентам вернуть зрение.

Neuralink начала искать добровольцев для вживления им мозгового импланта N1

Компания Neuralink, основанная миллиардером Илоном Маском (Elon Musk), получила разрешение на первые клинические испытания мозгового импланта на людях ещё в мае, а теперь подбирает первых добровольцев. Исследование, которое продлится около 6 лет, предусматривает имплантацию интерфейса мозг-компьютер (BCI) с помощью хирургического робота R1 в область человеческого мозга, отвечающую за движение. Первоначальная цель проекта — дать людям возможность управлять курсором или клавиатурой компьютера силой мысли.

 Источник изображений: Neuralink

Источник изображений: Neuralink

Вчера Neuralink объявила о получении одобрения от независимого совета по этическим вопросам для начала набора участников первого клинического испытания своего мозгового импланта для пациентов с параличом конечностей. Исследование, получившее название PRIME (Precise Robotically Implanted Brain-Computer Interface), нацелено на оценку безопасности импланта N1 и хирургического робота R1, а также функциональности BCI.

 Имплантат N1 регистрирует нейронную активность с помощью 1024 электродов, распределенных по 64 нитям. Эти сверхгибкие и ультратонкие нити позволяют минимизировать повреждения при имплантации и дальнейшем использовании

Имплант N1 регистрирует нейронную активность с помощью 1024 электродов, распределенных по 64 нитям. Эти сверхгибкие и ультратонкие нити позволяют минимизировать повреждения при имплантации и дальнейшем использовании

В мае текущего года Neuralink получила зелёный свет от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для начала первых клинических испытаний на людях. Стоит отметить, что на тот момент компания уже находилась под пристальным надзором регулятора в связи с проведением испытаний на животных.

Кандидатами могут стать люди, страдающие от паралича вследствие травмы шейного отдела спинного мозга или амиотрофического бокового склероза. Однако компания не раскрыла, сколько человек будет привлечено для участия в исследовании, которое займёт около 6 лет. Ранее компания планировала включить в него 10 пациентов, но FDA предложило сократить это число из-за опасений по поводу безопасности испытаний.

 В голове хирургического робота R1 интегрированы оптические системы и датчики, включающие 5 камер, а также оборудование для оптической когерентной томографии (ОКТ)

В голове хирургического робота R1 интегрированы оптические системы и датчики, включающие 5 камер, а также оборудование для оптической когерентной томографии (ОКТ)

В ходе исследования с помощью хирургического робота R1 будет осуществлена хирургическая имплантация BCI в область мозга, отвечающую за формирование намерения двигаться. Имплант N1, который после установки становится косметически незаметным, предназначен для беспроводной передачи сигналов мозга в приложение, демонстрирующее намерения движения. Первоначальной целью Neuralink является возможность управления курсором или клавиатурой компьютера исключительно силой человеческой мысли.

 Игла, тоньше человеческого волоса, захватывает, вставляет и отпускает нейронные нити

Игла тоньше человеческого волоса захватывает, вставляет и отпускает нейронные нити

Маск видит большие перспективы для Neuralink, включая быстрые хирургические вмешательства с использованием чипов для лечения ожирения, аутизма, депрессии и шизофрении.

Несмотря на текущий прогресс, эксперты предупреждают, что даже в случае подтверждения безопасности устройства BCI для использования людьми, на получение разрешения на его коммерческое использование может потребоваться более 10 лет. Это связано с необходимостью строгого соблюдения стандартов безопасности, установленных FDA.

Суперконденсаторы уменьшили до микронных размеров, и теперь их можно встраивать прямо в чипы

Индийские учёные реализовали суперконденсатор микронного размера — создали самый маленький накопитель энергии данного типа. Разработка будет востребована для носимой и имплантируемой электроники, а также для датчиков и миниатюрной «умной» техники. Такую микронную «батарейку» можно встроить в любой чип, а это автономность и свобода действий.

 Источник изображения:

Источник изображения: Vinod Panwar

В отличие от обычных химических батарей (аккумуляторов), суперконденсаторы заряжаются очень быстро и способны отдавать большую мощность за кратчайшее время. С ёмкостью у суперконденсаторов всё гораздо скромнее, но для многих задач её вполне хватает. Индийская разработка снимает ещё одно ограничение — учёные совершили прорыв на направлении миниатюризации. Размеры изделия были уменьшены на три порядка.

В основе «микросуперконденсатора», разработанного в Индийском институте науки в Бенгалуру, лежит графен и такой двумерный материал, как дисульфид молибдена (MoS2). Чешуйки графена и MoS2 чередовались в каждом электроде суперконденсатора — в катоде и аноде. В качестве электролита использован гель, что даёт возможность интегрировать микросуперконденсаторы в чипы. С водорастворимым электролитом такое было бы сложно или даже невозможно.

Изготовленный таким образом конденсатор показал ёмкость 1,8 мкФ/см2 для однослойной структуры (графен-MoS2). Многослойная структура электродов, состоящих из нескольких чередующихся слоёв графена и дисульфида молибдена набрала ёмкость в 30 раз больше или 54 мкФ/см2, а это уже представляет интерес с практической точки зрения.

 Источник изображения: ACS Energy Letters

Источник изображения: ACS Energy Letters

Как поясняют в своей работе учёные, опубликованной в журнале ACS Energy Letters, двухслойные материалы типа MoS2 являются полупроводниками и, по сути, образуют p-n-переходы (транзисторные структуры). Множество переходов заставляет ионы распределяться между слоями электродов, а не скапливаться исключительно на границе раздела электролит-электрод. Электроды сами становятся накопителями энергии. Это кратно увеличивает ёмкость самых маленьких суперконденсаторов и сулит им хорошие перспективы в качестве источников питания носимой электроники.

Учёные оснастили голубя мозговым имплантом с питанием от солнечной батареи — это добавило птице дистанционное управление

Отсутствие мощных автономных источников питания остаётся проблемой не только электрического транспорта, но также робототехники и особенно той её части, которая стремится к миниатюризации. Частичным решением может стать возобновляемая и, конкретно, солнечная энергетика, что показали китайские учёные на примере системы управления мозгом птиц с резервным питанием от солнечных элементов.

 Источник изображения: Journal of Biomedical Engineering

Источник изображения: Journal of Biomedical Engineering

Управление живыми организмами с помощью раздражения тех или иных центров в головном мозге — это предложение не сегодняшнего дня. Миниатюризация электроники и продвижение в нейронауках позволяют делать это всё лучше и лучше, хотя вопрос питания продолжает оставаться слабым местом. В частности, в экспериментах китайских учёных из колледжа электротехники и автоматизации Шаньдунского университета науки и технологии вооружённые мозговыми имплантатами голуби могли летать под контролем людей до 45 мин. На большее прикреплённой к птице литиевой батарейки просто не хватало до тех пор, пока на её спину не установили небольшую солнечную панель.

С солнечным элементом размерами с половину экрана смартфона голубь управлялся в воздухе до двух часов. Птица поддавалась контролю — её можно было разворачивать в нужную сторону — с вероятностью 80–90 %. Добиться 100-процентного выполнения команд мешали различные сильные раздражающие факторы в окружающей среде, что, в общем-то, неудивительно. Управление разворотом обычно осуществляется с использованием болевых ощущений, что не всегда позволяет преодолеть инстинкты.

Увеличить длительность управляемого полёта позволили хитрые алгоритмы управления питанием. Алгоритм рассчитывал прогнозируемое потребление «мозгового» контроллера и оценивал запас энергии в батарее. Если разряд приближался к критически низкому значению, птице автоматически отдавались команды направляться в сторону лучшего освещения элемента солнцем. Таким образом, даже в пасмурный день время автономного полёта увеличивалось на 40 %.

В целом система показала способность управлять полётом птицы до двух раз дольше, чем хорошим коммерческим дроном. Подобное может пригодиться во время спасательных операций и в военных миссиях. С точки зрения обычного человека всё это выглядит негуманно, но человеческие жизни это может спасти. Главное не увлекаться и не проецировать эти технологии для использования на людях. Впрочем, верить в такое было бы наивно.

Илон Маск разочаровался в Neuralink и ищет разработки на стороне

Сообщается, что Илон Маск (Elon Musk) выразил разочарование темпами разработки нейроинтерфейса компанией Neuralink, главой которой он является. Начать опыты на людях он обещал ещё два года назад, но пока, судя по всему, этот год также будет потрачен впустую. В поисках вдохновения Маск начал искать альтернативы на стороне и по неподтверждённым данным обратился с предложением инвестировать в довольно успешного конкурента — компанию Synchron.

 Источник изображения: British GQ

Источник изображения: British GQ

Компания Synchron стала первой в США, кто получил разрешение от регулятора на установку мозгового имплантата пациенту-американцу. До этого Synchron успешно провела операции четырём австралийцам. Компании Neuralink пока похвастаться нечем, кроме установки мозгового имплантата свинье и нескольким обезьянам, часть из которых погибла, если верить источникам и поднятому шуму вокруг возможных издевательств над животными.

У Synchron и Neuralink разный подход к установке мозговых интерфейсов. Первая вводит зонд через артерию у основания шеи и проталкивает его до места назначения не трогая черепную коробку. Для установки имплантата Neuralink требуется вскрывать черепную коробку и вводить в ткань мозга тончайшие проводники. Очевидно, последствия у каждой из операции будут свои и с вероятностью возможных осложнений в случае подхода Neuralink. Так или иначе, Neuralink до сих пор не получила разрешение на проведение клинических испытаний на людях. И когда это произойдёт, никто не признаётся.

По слухам, глава Synchron отказался от объединения с Neuralink и не готов обсуждать получение инвестиций от Илона Маска. Интересно отметить, что один из нынешних инвесторов Synchron — Макс Ходак (Max Hodak) — в своё время был создателем компании Neuralink и соратником Илона Маска. В мае прошлого года он покинул Neuralink, из которой также ушли шесть из восьми основателей компании, что косвенно намекает на низкий статус её разработок.

Что же, Илону Маску не впервые обещать золотые горы и прорывы там, где их нет или они будут нескоро. Это было с полётами на Марс, «солнечной черепицей» и «гиперлупом». Нейроинтерфейс тоже придётся подождать. Возможно, он им займётся после покупки Twitter. Или Маск его уже не покупает? Но есть ещё более интересные варианты. В частности, идея возродить на Земле динозавров. Но это уже другая история.

В США проведена первая процедура по вживлению человеку интерфейса мозг-компьютер

Компания Synchron сообщила о первой успешной установке пациенту в США имплантата интерфейса мозг-компьютер. До этого компания провела успешную установку интерфейса четырём пациентам в Австралии. Положительный опыт с австралийцами позволил Synchron получить разрешение на проведение аналогичной операции с гражданином США. Установка интерфейса проводится максимально просто без серьёзного хирургического вмешательства. И это работает!

 Источник изображения: Synchron

Источник изображения: Synchron

В отличие от того же нейроинтерфейса компании Neuralink Илона Маска (Elon Musk), для установки которого необходимо вскрывать черепную коробку пациента, эндоваскулярный интерфейс мозг-компьютер (BCI) компании Synchron вводится в мозг через кровеносный сосуд в основании шеи в другой сосуд, расположенный в мозге и подводится к его моторной коре. Датчик Stentrode размерами со спичку или чуть больше по проводу передаёт сигнал в радиопередатчик, встроенный в грудную клетку человека, а тот по беспроводному каналу отправляет сигналы на компьютер.

Комплекс BCI компании Synchron позволяет пациентам с парализованными конечностями пользоваться компьютером, отправляя электронную почту, делая покупки через интернет и, в целом, возвращает неизлечимо больным людям радость общения с близкими и обществом.

 Источник изображения: Synchron

Источник изображения: Synchron

Компания Synchron получила разрешение на клинические испытания в США комплекса эндоваскулярного интерфейса мозг-компьютер весной этого года. Первая операция проведена в клинике Mount Sinai West в Нью-Йорке под руководством клинического исследователя Шахрама Маджиди (Shahram Majidi), доктора медицинских наук, доцента нейрохирургии, неврологии и радиологии в Школе медицины Икан при Mount Sinai. Пациент смог вернуться домой уже через 48 часов после установки имплантата, что говорит о незначительном хирургическом вмешательстве и его незначительном влиянии на здоровье пациента.

 Источник изображения: Synchron

Источник изображения: Synchron

«Первая в США имплантация эндоваскулярного BCI в организм человека — это важная клиническая веха, открывающая новые возможности для пациентов с параличом, — сказал Том Оксли (Tom Oxley), генеральный директор и основатель компании Synchron. — Наша технология предназначена для миллионов людей, которые потеряли возможность использовать руки для управления цифровыми устройствами. Мы рады продвигать на рынок масштабируемое решение BCI, которое способно изменить жизни многих людей».

Добавим, китайские исследователи идут по тому же пути развития. Правда, опыты они пока проводят на козах.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Hellgate: London спустя 17 лет получит продолжение на Unreal Engine 5 — первые подробности Hellgate: Redemption 21 мин.
Take-Two Interactive купит Gearbox у Embracer Group за $460 миллионов — подтверждена новая Borderlands 2 ч.
Amazon.com инвестирует в ИИ-стартап Anthropic дополнительно $2,75 млрд 13 ч.
Хакеры нашли, как завалить iPhone запросами о сбросе пароля, и стали пользоваться этим для фишинга 13 ч.
Новый бенчмарк — новый рекорд: NVIDIA подтвердила лидерские позиции в MLPerf Inference 14 ч.
Sony подтвердила линейку игр PS Plus на апрель — магический шутер, экшен-стратегия в мире Minecraft и роглайк в стиле Dead Cells 14 ч.
В Великобритании собрались подвести законодательную базу под мемы про криптовалюты 14 ч.
Google представила новые ИИ-функции в картах и поиске — они помогут путешественникам 14 ч.
Lesta Games выразила готовность выпустить «Мир танков» и «Мир кораблей» на российской консоли и помочь с её разработкой 15 ч.
Новая студия бывшего режиссёра Dragon Age показала тизер первой игры перед скорым анонсом — это фэнтезийный ролевой боевик на Unreal Engine 5 16 ч.
С 1 апреля порог беспошлинного ввоза товаров снизится до €200 — электроника подорожает на 15–20 % 12 мин.
Госдума приняла закон о свободном доступе интернет-провайдеров в многоквартирные дома 30 мин.
В этом году доля электромобилей китайского производства на рынке Европы превысит 25 % 42 мин.
Эксперты: создать российскую Xbox непросто, но выпустить аналог Steam Deck — решаемая задача 60 мин.
Первый электромобиль Xiaomi за год найдёт не более 50 000 покупателей 2 ч.
Гидроэлектростанции уличили в масштабных выбросах метана, и это серьёзная проблема 2 ч.
Цепляющаяся за жизнь Fisker снизила цены на свои электромобили на величину до 39 % 6 ч.
Процессор Qualcomm Snapdragon X Elite обеспечил в играх Baldur’s Gate 3 и Control выше 30 кадров в секунду 8 ч.
Atos планирует достичь соглашения о реструктуризации долгов к июлю 11 ч.
Новая статья: Обзор смартфона TECNO POVA 6 Pro: экстравагантный долгожитель 13 ч.