Technologie | Věda | Výzkum

Vědci vyvinuli první nervové bezdrátové senzory velikosti prachu, které lze umístit přímo do těla

  • Nový druh miniaturních senzorů využívá ultrazvuku pro přenos dat i napájení
  • Funguje pasivně a má milimetrovou velikost
  • Senzor je možné umístit přímo na nervy

Rozmach senzorů můžeme pozorovat v zařízeních, které používáme a také v různých strojích a objektech kolem nás. Jejich velikosti se zmenšují a sbíraná data nám umožňují vše vyhodnocovat pro lepší funkčnost nebo efektivitu.

V případě biologických senzorů, které by bylo možné umístit přímo dovnitř těla, jsme ale stále teprve na začátku. Důvodem je hlavně mnohem větší nutnost miniaturizace a také další komplikace. Na miniaturní biosenzory se ale zaměřil jeden z vědeckých týmů z Kalifornské univerzity v Berkeley.

Na velikosti záleží

Pro implementaci senzorů do těla je nutné počítat s tím, že velikost hraje velmi důležitou roli. Vše se navíc odvíjí od toho, co a jak přesně potřebujete měřit.

Vytvořený senzor má velikost pouze 1 mm3 a jak můžete vidět na fotografii, jde to srovnat třeba se zrnkem rýže s tloušťkou jednoho milimetru. I když stále nejsou k dispozici technologie, které by umožňovali vyrobit podobné senzory o objemu například v oblasti desítkách mikronů, jde jen o otázku času a další výrobní pokrok.

Klepněte pro větší obrázek
Senzor napojený na nervové vlákno myši (Zdroj: Ryan Neely)

Se současnou velikostí už lze senzor přichytit k jednotlivým větším nervům v rámci PNS (Periferní nervová soustava), které se starají například o přenos elektrického vzruchu ke svalům. Pro integraci do mozku a neuronů v centrální nervové soustavě by ale byly zapotřebí senzory v oblasti 50 mikronů.

Komunikaci i napájení zajišťuje ultrazvuk

K dispozici už jsou různé druhy miniaturních senzorů, které lze do našeho těla umístit, ale vedou z nich dráty, které jsou nutné pro spojení s externí elektronikou a napájením mimo tělo. Tyto systémy se navíc velmi rychle ničí (infekce v místě spojení) a je nutné je měnit třeba i každý rok.

Do budoucna asi nelze čekat, že bychom chtěli mít z těla nebo hlavy vystrčené nějaké kabely a efektivní bezdrátové spojení je tak nutností. Vyvinutý senzor je pasivní – neobsahuje žádnou baterii ani vlastní zdroj napájení.

Vědci totiž zjistili, že u objektů o velikosti pod zmíněnou milimetrovou úrovní je ultrazvuk efektivní jak pro přenos informací, tak i energie. Dokonce je z pohledu rušení a prostupnosti mnohem lepší, než elektromagnetické signály a nemá škodlivý účinek.

Klepněte pro větší obrázek
Detail složení celého senzoru

Senzor obsahuje piezoelektrický krystal, který z ultrazvuku přijímaného z blízkého externího vysílače mimo tělo napájí jednoduchý integrovaný obvod s tranzistorem. Tento tranzistor je přímo spojen se samotným svalovým nervem skrze dvě elektrody, takže jakmile je ve svalovém vlákně jakákoli změna napětí, změní to i zpětnou vazbu celého obvodu a odraz ultrazvuku, který přijme vysílač umístěný mimo tělo.

Klepněte pro větší obrázek
Porovnání parametrů se staršími a konkurenčními senzory

V současné verzi se podařilo pomocí šesti 540nanosekundových ultrazvukových pulzů dosáhnout na měření dat každých 100 mikrosekund. Lze pochopitelně očekávat, že se přesnost a efektivita bude ještě zlepšovat, ale už nyní je vidět, že přesné snímání v reálném čase není problém.

Budoucí senzory v těle a přímo v mozku

Nyní se o nasazení uvažuje především pro řešení různých zdravotních problémů, které se budou vyskytovat i v blízké budoucnosti.

Samotné snímání dat je totiž důležité například pro paraplegiky, kteří mohou mít implementovanou robotickou část těla a ovládat ji „myšlenkou“ podobně, jako byli zvyklí dříve s biologickou částí. Bude nutné nějaké zaučení, ale to by z dostatku dat mělo být pro budoucí systémy umělé inteligence poměrně jednoduché.

S miniaturizací bude možné takových senzorů mít v těle jednotky či klidně stovky a každý může mít specializaci na něco jiného. Takové senzory se mohou jednoduše stát i stimulačními stroji, které bude možné bezdrátově ovládat a měnit tak i případně vzruchy v našich biologických vláknech.

Klepněte pro větší obrázek
Architektura nervových systémů našeho těla je rozdělena na několik částí (Zdroj: Wikipedia)

V takové době už ale budeme v budoucnosti, kdy budeme mít moc nad tím, jakou náladu chceme mít, jak chceme pociťovat například hlad, únavu a další vlastnosti našeho těla a vlastně tak převzít vládu nad tím, co náš mozek dle dat sám vyhodnocuje. Nadneseně řečeno, i Starbucks se bude muset stát technologickou firmou, protože kofein už jako stimulant nebude potřeba – prostě si daný efekt „nastavíte v aplikaci“.

Obecně to ale ukazuje vývoj, kterým se tento segment ubírá – přímé propojení našeho mozku a těla s počítačovým systémem budoucnosti, což znamená ultimátní cíl pro virtuální realitu.

Oficiální materiál k výzkumu naleznete na webu cell.com (PDF)

Diskuze (13) Další článek: Ovládejte svůj telefon nebo počítač prostřednictvím tetování

Témata článku: Technologie, Věda, Výzkum, Virtuální realita, Neuronová síť, Pulse, Nervová soustava, Škodlivý účinek, Přesné snímání, Budoucí systém, Starbucks, UC Berkeley, Paraplegik, Miniaturní senzor, Integrovaný obvod, Rýže, Porovnání parametrů, Kalifornská univerzita, Přímé propojení, Prach, Senzor, Prim, Sensor, Nervové vlákno, Různé stroje


Určitě si přečtěte

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

** Šifrovaný web je dnes už samozřejmost ** Jeden díl skládačky ale ještě chybí – DNS ** Firefox už začal a teď se na šifrované DNS chystá i Chrome

Jakub Čížek | 92

Vyzkoušeli jsme chytrou čínskou zásuvku Sonoff S26 za tři stovky. Nevyhořeli jsme

Vyzkoušeli jsme chytrou čínskou zásuvku Sonoff S26 za tři stovky. Nevyhořeli jsme

** Je sice z Aliexpressu, ale funguje ** Můžete ji ovládat hlasem přes Amazon Echo nebo Google Home ** Za tři stovky zautomatizuje menší 230V spotřebič

Jakub Čížek | 96

3D tisk pro naprosté zelenáče: Co vyrobíte na laciném stroji za pár tisíc korun

3D tisk pro naprosté zelenáče: Co vyrobíte na laciném stroji za pár tisíc korun

** Domácí 3D tisk je dnes už finančně dostupný prakticky všem ** Lacinou tiskárnu pořídíte za pár tisíc korun ** Jak vlastně tisk probíhá a jak navrhnout, co vytisknout

Jakub Čížek | 66

Zorin OS 15: Vyzkoušejte další hezký a nenáročný linux pro mamku a taťku

Zorin OS 15: Vyzkoušejte další hezký a nenáročný linux pro mamku a taťku

** Ačkoliv je grafických linuxů plný internet, stále vládnou Windows ** Jeden z nich se jmenuje Zorin OS a nedávno se dočkal aktualizace ** Dělají jej dva kluci z Irska a je fakt hezký

Jakub Čížek | 114