Ultrason gücüyle çalışan süper hızlı beyin implantları üretildi | Bilim.org
.	 03 Kasım 2014. 19 Şubat 2015 0
Şu anda herhangi bir zamanda yollanabilen sinyal gücü olarak teorikte ulaşılabilen bilgi aktarım limitimiz ses seviyesinde. Kablosuz aktarım iletişimine sahip olduğumuz biyomedikal implantlar da ise yüzleşilen esas sorun ise güç kaynağı. Mühendisler RF (Radyo Frekans) gücüyle çalışan implantları pratik limitlerine kadar zorlasalar da halan arzu edilene ulaşılmış değil. Stanford araştırmacılarının önerisi ise karşılaşılan yasal, fizyolojik ve fiziksel kısıtlamaları aşmanın yolunun implantlara yollanan demetlerin artık elektromanyetikten ultrason dalgalarına çevrilmesi gerektiği. Fikrin prensipte uygulanabilir olduğunu ve beyne ultrason gücü aktarımının mümkün olduğunu kanıtlasalar da çalışmalarını şimdiye kadar ancak üç santimetrelik tavuk eti plakasıyla test etmiş durumdalar.
Beyinde pil formunda enerji depolamak ya da karmaşık biyolojik enerji üretimi için fazla bir alan bulunmuyor. Bu durumda bir implanta güç sağlamak Dünyadan bir uzay aracına ışık dalgasıyla enerji sağlamakla aynı hesaba geliyor. Eğer Dünyadaki üssün enerjiyi devasa bir lazer ile istenen miktarda uzay aracına yolladığını düşünürsek, enerji kullanımını kısıtlayan tek şey elbette ki enerji yakalayıcısının limiti olacaktır. Bir uzay aracı için bu yelken durumu: RF’de bir anten ve ultrason için “titremeli enerji emicisi” olacaktır (bu durumda bir piezo alıcısı). Düşüş aşaması için (ve opsiyonel dönüş yolculuğu), kullanılabilecek enerji daha da az olacak; çünkü lazer ışığın bir şekilde geri yansıtılması ve tekrar uzay aracına odaklanılması gerekecek. Bu durum birçok açıdan bir implanta güç sağlamakla aynı, istisna olarak implantlarda dönüş gücüne ihtiyaç duyulmuyor ve sadece bilgi gerekiyor.
Yukarıda anlattığımız teorik fikirleri çıkmaza sürükleyen ise tüm bunları insan vücuduna uyarlama kısmı. FCC’nin (Federal İletişim Komitesi) tutumunun gevşek olması sıkıntılardan biri; şöyle ki konuyu somutlaştırıp et ve kemiğe büründürmeye yönelik bazı başlıklar altında belli başlı zayıflıklar söz konusu: örnek vermek gerekirse RF yoğunluğu için koyulan sınırlar uygulamaya göre değişmekle birlikte 1 ve 10 mW/cm2. Buna karşın RF’nın canlı hücreler üzerindeki etkisi halen bir araştırma konusu ve kimse bir FCC gizli aracı tarafından kendi beyninin bunu ihlal etmekle suçlanmasını istemiyor. Ultrason için ise ön adım atan ve 720 mW/cm2 güce kadar sınır koyan FDA olmuş durumda. Fark edeceğiniz gibi ultrason kullanımı olarak ulaşılabilecek enerji kat kat fazla. Ama RF’nin desteklenmesini esas azaltan nokta dokuda uğradığı kayıp ve daha önemlisi milimetrik antenlere ulaşamayan dalga miktarının fazlalığı.
65nm GP CMOS teknolojisini kullanarak Stanford araştırmacıları tüm gerekli olan donanımı (en büyük bileşeni anten olan), birkaç milimetrelik hacme yerleştirmeyi başardı. Tavuk göğsünü temsili beyin olarak kulandıkları testlerinde implanta 100 µW DC akımı yüklemeyi başardılar. Ayrıca iyi durumda eski RF yöntemini kullanarak da saniye başına megabit yükleme hızına ulaşarak ultrasona göre (4GHz) yüksek hızda bilgi aktarmayı başardılar. Karıştırmamanız için söylememiz gerekiyor ki implantları ayrıca RF verisi de alabiliyor. Bu önemli bir durum çünkü ultrason üzerinden indirme gücü yalnızca saniyede birkaç kilobitler düzeyinde. Pratikte yapılacak bir implant senaryosunda, indirme bağlantısı düşük band genişliğinde kontrol sinyali sağlarken, yükleme bağlantısı daha yoğun hücre aktivitesi ya da görüntü verisine sahip olabilecek.
Mevcut olan prototiplerin boyutları bir tükenmez kalem ucu kadar olsa da gelecek nesil implantların bunun onda biri kadar olması bekleniyor. Beyin temalı implantasyonlar da tamamı ile yeni fiziksel kısıtlamalar ortaya çıksa da diğer araştırmacılar çoktan çoğu teorik alan araştırmasını ortaya yapmış ve durumun üstesinden nasıl gelinebileceğine dair bilgiler edinilmiş durumda. Burada öne çıkan ilk limit beyinin implanttan çıkan ısıyı dağıtabilme kabiliyeti, diğer rahatsız edici mekanik-titreşimler ya da olası mutasyon mekanizmaları gibi sorunlar şuan için daha az önem arz ediyor.
Gördüğümüz kadarıyla RF halen daha güçlü bir alan ve implantlar da kullanımının uzunca bir süre devam edeceği gözüküyor. Geliştirilmiş anten-eşleme teknikleriyle ve orta-alan odaklama teknolojisi sayesinde kuşku yok ki kullanım alanları genişleyebilecek. Ancak şu da bir gerçek ki Adan Poon ve diğer Standford araşatırmacılarına beyinde olan ağrı ve depresyon noktalarını bulmaya yönelik implant araştırma fonu gibi destekler sayesinde sofistike ve uğraştırıcı bir başlık olan ultrason kaynaklı implantlar araştırılmaya devam edeceği gözüküyor.
Etiketler beyin implantlarıbiyomedikal implantlarimplantultrason kaynaklı implantlar
Işığa duyarlı çipler ile sperm hareketlerini yakaladılar 3D Yazıcılarda basılmış organlara kan damarları eklemenin yolu bulundu Dünyanın ilk damar görüntüleme teknolojisi geliştirildi