Электронная кожа сделает из вашего тела компьютер

Гибкие электронные устройства можно разместить внутри тела, чтобы узнать больше о здоровье того или иного органа. В данное время устройства проходят испытания на грызунах. Наложенная на вашу кожу пластинка из золота, всего в несколько сантиметров шириной, легкая, как перышко, может выявить ваши самые сокровенные мысли и чувства.

В этом суть биоштампа (Biostamp – накладная пластинка с интегральной схемой, по форме участка тела профессора Джона Роджерса. Присоединив гибкие, миниатюрные датчики к виску пользователя, он смог отследить мозговые волны в режиме реального времени и передавать их в виде сообщений.

"Наши опытные образцы дают возможность выполнять разнообразные функции мониторинга и стимулирования", - указано в материалах ученого Роджерса из Университета штата Иллинойс в Урбана Шампейн. "Мы можем подобрать необходимое скоординированное возбуждение нейронов, и инициировать нужную деятельность через интерфейс правописания компьютера, так что мозговые волны будут подбирать буквы из дисплея виртуальной клавиатуры и печатать сообщения".

Ранее такие сигналы могли быть обнаружены только при использовании полного шлема тяжелых электродов, для которых требовалось очистить кожу пациента, и который можно было безопасно носить только в течение короткого времени. Накладка Роджерса достаточно легка, чтобы быть почти неощутимой, имеет возможность длительного использования, в том числе за пределами лаборатории, при этом оборудование программируется на более точную настройку сигналов. Едва заметная электронная пластинка регистрирует мозговую деятельность.

Данный беспроводной подход также устраняет фоновый шум, который затеняет сигналы и создает погрешность в зависимости от местонахождения пациента. Для еще большей точности команда Иллинойса использует электроды высокой плотности, которые генерируют в тысячи раз больше информации деятельности головного мозга.

Ближайшими целями являются два новаторских медицинских приложения. Одно из них для измерения мозговых волн, связанных с припадками у больных эпилепсией, оно будет сигнализировать о проблемах больного до наступления точки кризиса. Еще одно для - контроля за расстройствами сна и другими умственными процессами, что было невозможно с традиционной тяжелой техникой.

В любое время, в любом месте

Мозг конечная и самая амбициозная цель ученых. Так, когда Роджерс изобрел Biostamp в 2011 году, накладка была использована на теле человека для измерения пульса, температуры и других жизненно важных показаний. Затем изобретения были адаптированы компанией Reebok для отслеживания силы воздействия в спорте, а также фирмой L'Oreal для распознавания увлажнения кожи, и американскими военными для контроля за состоянием здоровья военнослужащих.

Сегодня "биосовместимые" устройства испытываются уже внутри тела. Развивающаяся область electroceuticals («электроноцевтика» - от слов «электроника» и «фармацевтика») предлагает возможность лечения, а также диагностики, используя адресную электронную стимуляцию в качестве альтернативы лекарствам. Это потенциально революционный подход, который может быть применен ко многим проблемам внутренних органов.

Исследователи из Иллинойса уже внедрили электронику в тазовый нерв для решения проблем дисфункции мочевого пузыря, и на поверхность сердца, чтобы выполнять роль продвинутого кардиостимулятора. Они также разработали накладки, которые безопасно растворяются внутри тела после заданного периода времени.

Сейчас испытания пока ограничены на грызунах, так как исследователи работают над проблемами безопасности, которые позволили бы технологии использоваться на людях. Роджерс признает определенный риск во внедрении инородных элементов в организм, но убежден, что это представляет собой шаг вперед.

"Всю свою историю электроника стремилась получить доступ ближе к человеку. Сначала это был компьютер в компьютерном зале, затем настольный, потом ноутбук, телефон в кармане и часы на руке. Теперь это может быть электроника, пересаженная в кожу, биоэлектроника, и полностью имплантируемые устройства. Я обеими руками поддерживаю переход в полной мере в область интегрированной электроники".

Ключом к прогрессу в этом направлении является смена парадигмы в электронике от жестких плат к мягким и гибким устройствам, которые смогут уживаться в человеческом организме, и Biostamp предоставляет такое устройство, обеспечившее прорывные изобретения нескольких уровней в области адаптивности.

Команда Роджерса удалила платы из под монтажных схем, что позволило им миниатюризировать компоненты до наноуровня для комфортного ношения на теле. Они преуспели в создании устройства, которое может сохранить форму и функцию даже при растяжении, теперь девайсы полностью водонепроницаемые, поэтому могут работать и на, и под кожей.

Одна деталь, которую было трудно сжать и растянуть - это источник питания. Батареи не продвинулись так далеко в разработках, как электроды, оставляя Роджерсу выбор либо пользоваться накладками с ограниченным сроком службы, или подключить инновации для беспроводного освоения энергии, или даже использовать тело в качестве источника топлива.

"Все сводится к тому, насколько много энергии требуется вашему устройству. Мы использовали движения тела. Для имплантатов на сердце есть постоянный источник механической энергии, который может генерировать микроватты. Но для наружной части тела приходится думать о снабжении непрерывной механической энергией. Использование энергии движения рук и ног является одним из вариантов, короче, это бесконечно продолжающееся исследование, а не один точный бросок баскетбольного мяча в корзину".

Новые возможности для супергероев

От первоначального Biostamp в 2011 году в лаборатории Роджерса было порождено более 100 патентов, связанных с накладкой, что привело к созданию нескольких новых компаний, наиболее плодовитая из которых - MC10, получила более 60 миллионов долларов частного финансирования.

Исследование электронных участков кожи стало глобальным явлением для многих учреждений от Университета Токио производящего "неразрываемые" схемы, до института Liebniz по производству датчиков, обнаруживающих магнитные поля, и Университета штата Линкольна в Небраске, создающего специализированное оборудование для обнаружения рака молочной железы. Google также участвует в разработках.

Профессор Тодд Коулман, бывший студент Роджерса, представитель одной из таких компаний, развивающих вариации Biostamp в его лаборатории нейронного взаимодействия в Университетском колледже в Сан-Диего. Лаборатория работает над медицинскими проектами, такими, как определение повреждения головного мозга у недоношенных младенцев, а также с отделами мозга, отвечающими за развлечения.

Профессор Тодд Коулман сам носит Biostamp.

"Некоторые люди увлечены идеей использования полученных сигналов мозга в таких видах деятельности, как знакомства с противоположным полом, или для расширения игровых переживаний", - говорит Коулман. Его команда была в состоянии использовать мозговые волны для пилотирования дронов, передавая команды через тяжелые электроды, и разрабатывает средства, чтобы Biostamp выполняла такую же функцию.

Коулман недавно создал коммерческий стартап Neuroverse в партнерстве с нейробиологом Рикардо Хиль да Коста, который специализируется на развлекательных возможностях с 2014 года совместно с компанией Marvel Comics. Ученые разработали интерфейс мозг-компьютер (BCI) для выставки Avengers S.T.A.T.I.O.N в Нью-Йорке, что позволило игрокам превратиться в персонажей супергероев и преобразовывать их мозговые волны в захватывающие действия.

Для того, чтобы вы стали лучше

Если такие интерфейсы станут в использовании и понимании достаточно доступными для неспециалистов, мы можем вступить в новую эру личной ответственности за здоровье и жизнь.

"Мы должны убедиться, что эти устройства, в конечном счете помогают людям жить здоровой жизнью и принимать более обоснованные решения", - говорит Коулман. "Будут ли врачи наблюдать за данными на устройствах дистанционно, или согласятся с тем, что люди будут изменять образ жизни без врача? Как надо строить подход, в котором люди будут менять свою жизнь на основе получаемой информации?"

Реакция общественности на электронные технологии кожи была смешанной, от энтузиазма геймеров и «ранних пользователей» (тех, кто обычно первыми покупают девайсы для экспериментирования), до скептицизма защитников частной жизни обеспокоенных тем, что мы можем потерять контроль над конфиденциальными персональными данными. Но инвестиции и исследования быстро увеличиваются, и даже эстетика в настоящее время рассматривается через развитие ювелирных изделий и вмонтированные в кожу светодиодные экраны.

Jawbones и Fitbits вскоре станут устаревшими из-за того, что носимые технологии - только прелюдия к полной интеграции.