ایمپلنتها و ماشینهای کوچک میتوانند در داخل بدن ما کاشته شوند تا به درمان بیماری یا نظارت بر فعالیتها کمک کنند، اما اجازه دادن به آنها برای برقراری ارتباط مشکل است.
به گزارش تکناک، اکنون دانشمندان EPFL سیستمی را توسعه دادهاند که به موجب آن این دستگاهها میتوانند با آزاد کردن مولکولها در جریان خون بیمار با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
ایمپلنتهای زیستپزشکی نقش کلیدی در درمان و نظارت بر فعالیتهای اندامهایی مانند قلب یا مغز دارند، در حالی که تحقیقات اخیر در حال بررسی این موضوع است که چگونه رباتهایی در مقیاس نانو ممکن است روزی برای مبارزه با بیماریها در بدن شنا کنند یا بخزند. اما این سیستم ها مشکل ارتباطی دارند.
قرار دادن سیم در بدن نه تنها عملی نیست، بلکه یک خطر برای ابتلا به عفونت است. فناوریهای بیسیم مانند رادیو، نور و بلوتوث به طور موثر از بافت انسان عبور نمیکنند و به شدت برد آنها محدود است.
اکنون دانشمندان در EPFL سیستمی به نام ارتباط بیومولکولی را توسعه دادهاند. ایده توسعه این سیستم این است که اجازه دهیم رباتها و ایمپلنتهای میکرو یا نانو با آزاد کردن مولکولهای خاص در جریان خون با هم ارتباط برقرار کنند. در یک مفهوم اساسی، وجود یک مولکول میتواند توسط یک ماشین به عنوان 1 تفسیر شود، در حالی که هیچ تشخیصی نشاندهنده 0 نیست.
هیثم الحسنیه، نویسنده این مطالعه گفت: ارتباطات زیست مولکولی به عنوان مناسبترین الگو برای شبکهسازی نانو ایمپلنتها ظاهر شده اند. این یک ایده باورنکردنی است که میتوانیم دادهها را با رمزگذاری آنها در مولکولهایی ارسال کنیم که سپس از طریق جریان خون عبور میکنند و میتوانیم با آنها ارتباط برقرار کنیم و آنها را راهنمایی کنیم که دقیقاً مانند هورمونها به کجا مراجعه کنند و چه زمانی درمانهایشان را اعمال کنند.
این تیم تکنیکهایی را از شبکههای الکترونیکی مانند شناسایی بستهها، تخمین کانال و طرحهای رمزگذاری و رمزگشایی به شبکه مولکولی ترجمه کردند. این کارها به غلبه بر مشکلات ناشی از زیستشناسی، مانند کانالهای ناپایدار و عدم هماهنگی و بازخورد کمک کرد.
محققان این فناوری را روی یک سیستم گردش خون مصنوعی در آزمایشگاه آزمایش کردند که شامل لولهها و پمپهایی بود که رگهای خونی و قلب را شبیهسازی میکرد. با این کار، آنها توانستند نشان دهند که این تکنیک با حداکثر چهار دستگاه که سیگنالهای مولکولی را به طور همزمان ارسال میکنند، کار میکند و عملکرد بهتری نسبت به تکنیکهای موجود دارد.
البته، موفقیت در آزمایشها لزوماً به معنای استفاده واقعی در انسان نیست، و تیم تحقیقاتی تأیید میکند که عوامل بسیار بیشتری در بیماران انسانی وجود دارد. با این حال، آنها می گویند که این اولین گام امیدوارکننده به سوی هدف نهایی است. دانشمندان دیگر موفق به انتقال داده ها از طریق تبادل یونی در بافت انسان شده اند.
این تحقیق در کنفرانس ACM SIGCOMM 2023 در سپتامبر ارائه شد.
