Pacemakeri, implantabilne inzulinske pumpe, neuralni implantati i drugi in vivo medicinski uređaji, svi oni trebaju kanal kojim će svoje podatke slati u vanjski svijet. No, načini da se to učini bežično, što bi bilo ugodnije za pacijente, podliježu sigurnosnim rizicima, problemima biokompatibilnosti i velikoj potrošnji energije.

Komunikacija putem iona

Istraživači Sveučilišta Columbia iskoristili su naboj koji pohranjuju prirodni ioni tijela za prijenos bežičnih podataka male snage iz bio-implantata. Pomoću obilja iona u tijelu može se naime uspostaviti komunikacija na velikim udaljenostima s vrlo male snage.

Za bežični prijenos podataka iz implantabilne elektronike danas se koristi radio-frekvencijska komunikacija. Antene i druge komponente RF kruga koje šalju signale izvan tijela izrađene su od krutih materijala koji nisu u skladu s tjelesnim tkivom. 

RF valovi se također reflektiraju i apsorbiraju u tjelesnom tkivu, slabeći signal, što ograničava koliko duboko implantat može biti u tijelu da bi učinkovito komunicirao. Uz to, RF komunikacija predstavlja sigurnosni rizik: antene kontinuirano odašilju podatke, omogućujući svakome u blizini da uhodi signale ili ih hakira.

Odašiljač i prijemnik

Nova metoda ionske komunikacije trebala bi omogućiti implantatima da sigurno šalju signale kroz tjelesno tkivo koristeći malu snagu.

Ovaj jednostavan sustav, opisan u Science Advances, sastoji se od dvije identične ultratanke, prilagodljive elektrode izrađene od zlatne folije na vodljivom polimeru, postavljene unutar tijela. Ove elektrode služe kao odašiljač, dok drugi set identičnih elektroda pričvršćenih na kožu služi kao prijemnik.

Kretanje nabijenih iona mijenja potencijalnu energiju pohranjenu u tijelu. Ova promjena zauzvrat uzrokuje promjenu napona na elektrodama prijemnika, dopuštajući im da očitaju odaslani signal. Istraživači su sustav za slanje i dekodiranje digitalnih signala koristiti na frekvenciji od 6 megaherca.

Implantabilno neuronsko sučelje

Istraživači su testirali elektrode različitih veličina, mijenjali razmake između njih, kao i udaljenost između elektroda odašiljača i prijamnika. Veće elektrode mogle su komunicirati putem simuliranih modela tkiva na udaljenostima koje su bile usporedive sa srcem i visceralnim organima.

Stvorili su potpuno implantabilno neuronsko sučelje za štakore. Povezali su komercijalnu implantabilnu moždanu elektrodu s elektrodama odašiljača ionske komunikacije, koje su ugradili u vratove glodavaca. Implantirani uređaj prenosio je moždane signale putem ionske komunikacije dok su štakori slobodno trčali tri tjedna, bez ikakve degradacije u kvaliteti signala.

Bez rizika

Zbog prijenosa signala kroz ione u tjelesnom tkivu, tehnici su potrebni niži naponi, a time i manja snaga. Njihova baterija je šest puta manja u usporedbi s RF odašiljačima, a istraživači se nadaju da će izraditi još manje. 

Sigurnosnog rizika nema je ne postoje nekriptirani elektromagnetski valovi koji bi se hakirali. I dok s RF kontinuirano prenosite podatke čekajući da prijemnik uhvati signal, ionska komunikacija puno je sigurnija jer joj je potreban fizički kontakt za izvlačenje podataka. Uz to, ne šalju se ni nikakvi analogni signali nego samo potpuno digitalne informacije koje se mogu šifrirati.