Ένα πολύ καινοτόμο έργο από το Stanford έρχεται να ανοίξει νέους δρόμους στη διασύνδεση τεχνολογίας και ανθρώπινου σώματος: το NeuroString, ένα μαλλιά-λεπτό, μαλακό bioηλεκτρονικό νήμα (fiber) που μπορεί να έχει εκατοντάδες έως και χιλιάδες ξεχωριστά ηλεκτρονικά κανάλια. Η σχεδίασή του επιτρέπει τόσο την καταγραφή βιολογικών σημάτων όσο και την διέγερση ιστών ή νεύρων, εντός και εκτός του σώματος, ανοίγοντας δρόμο για ιατρικές εφαρμογές, wearable τεχνολογία, έξυπνα υφάσματα και ρομποτική.
Το NeuroString έχει διάμετρο μόλις ~0,25 χιλιοστών — περίπου σαν ανθρώπινη τρίχα — και μπορεί να ενσωματωθεί χωρίς μεγάλο τραύμα στο σώμα. Είναι εξαιρετικά μαλακό και ευέλικτο, ώστε να μπορεί να τοποθετηθεί για μεγάλο χρόνο χωρίς να προκαλεί δυσφορία. Οι ερευνητές έχουν ήδη δοκιμάσει τη συσκευή σε ζώα: σε χοίρους για καταγραφή του εντερικού κινήματος και σε ποντίκια για παρακολούθηση και διέγερση νευρώνων.
Πώς λειτουργεί τεχνικά
Η βασική ιδέα έγκειται σε μια διαδικασία που μετατρέπει λεπτά 2-διάστατα (2D) film με μικροηλεκτρονικές συσκευές σε ένα μονωμένο, μακρύ και λεπτό 1-διάστατο (1D) νήμα με πολλές λειτουργίες. Πιο συγκεκριμένα:
Το 2D film περιέχει μικροκατασκευές που ανιχνεύουν πίεση / strain, χημικές ουσίες, ή ακόμα και ηλεκτρικά σήματα νευρώνων.
Στη συνέχεια το film σε μια μορφή σπιράλ (spiral roll), ώστε τα ενεργά στοιχεία να βρίσκονται στην επιφάνεια του νήματος, ενώ τα καλώδια σύνδεσης περνούν απαρατήρητα εντός του σώματος του νήματος.
Τα κανάλια είναι διακριτά· κάθε αισθητήρας ή ηλεκτρόδιο έχει τη δική του σύνδεση/καλώδιο, επιτρέποντας ανεξάρτητο έλεγχο, καταγραφή ή διέγερση.
Ένα κύριο πλεονέκτημα του σχεδίου είναι η πυκνότητα των καναλιών. Σε πρωτότυπα που έχουν ήδη παραχθεί, έχουν ενσωματωθεί 1.280 ανεξάρτητα κανάλια αισθητήρων / διεγέρσεων. Το νήμα έχει ευκαμψία, μπορεί να λυγίσει, να τυλιχτεί, να ενσωματωθεί σε έξυπνα ρούχα (smart fabrics) ή σε εφαρμογές που απαιτούν στενή επαφή με ευαίσθητα όργανα.
Εφαρμογές και δυνατότητες
Το NeuroString έχει προοπτική σε πολλές περιοχές:
Ιατρική έρευνα & διάγνωση: Καταγραφή σήματος από το νευρικό σύστημα ή το έντερο με πολύ λεπτή παρέμβαση· παρακολούθηση κινητικότητας, δραστηριότητας νευρώνων, έκκριση χημικών μεσολαβητών όπως η σεροτονίνη.
Διεγέρση / θεραπεία: Διέγερση μυών ή νεύρων όταν ανιχνευτεί ανώμαλο σήμα — ένα μοντέλο “κλειστού βρόχου” (closed-loop) όπου αισθητήρας και διεγέρτης συνεργάζονται αυτόματα.
Wearables & smart fabrics: Νήματα ενσωματωμένα σε ρούχα που μπορούν να παρακολουθούν ζωτικά στοιχεία, να ανιχνεύουν πόνο, πίεση, κινητικότητα. Ρούχα που αλλάζουν λειτουργία ανάλογα με τη στάση του σώματος ή την κινητικότητα.
Soft robotics και εμφυτεύσιμες τεχνολογίες: συσκευές που περνούν μέσα από εσωτερικά όργανα, mini-endoscopes, ακόμα και “ρομποτικά χάπια” (swallowable devices) για διάγνωση ή φάρμακα, χωρίς να χρειάζεται χειρουργική επέμβαση.
Παρόλη την πρόοδο, υπάρχουν σημαντικά εμπόδια:
Η βιοσυμβατότητα πρέπει να είναι εξαιρετική. Το νήμα πρέπει να μη προκαλεί φλεγμονές ή αλλεργικές αντιδράσεις, να αντέχει στο σώμα για μήνες χωρίς απορρίψεις.
Εγκατάσταση & συντήρηση: πώς θα γίνεται η εισαγωγή του νήματος, αν χρειάζεται χειρουργική επέμβαση, και ποια είναι η διαδικασία εξαγωγής ή αλλαγής όταν φθαρεί.
Ποιότητα σήματος: τα σήματα από μικρά ηλεκτρόδια είναι ευαίσθητα σε θορύβους, σε παραμορφώσεις, σε αλλαγές περιβάλλοντος. Πρέπει να υπάρχει σταθερότητα και υψηλό signal-to-noise ratio.
Εφοδιασμός ενέργειας και ισχύς του συστήματος: πώς τροφοδοτούνται όλα αυτά τα κανάλια, πώς γίνεται η σύνδεση και η μετάδοση δεδομένων χωρίς να καταστρέφεται η ευελιξία.
Ρυθμιστικά / ηθικά ζητήματα: εμφυτεύσιμες συσκευές που διεγείρουν νεύρα ή καταγράφουν δεδομένα νευρικής δραστηριότητας διαμορφώνουν ερωτήματα ιδιωτικότητας, εγκρίσεων από υγειονομικούς φορείς, και πιθανώς μακροχρόνιας επίδρασης στο σώμα.
Το NeuroString αντιπροσωπεύει όχι απλά μια ακόμη εξέλιξη στα wearables ή στις εμφυτεύσιμες συσκευές, αλλά μια πλατφόρμα με δυνατότητα να γεφυρώσει τη διάκριση μεταξύ παρακολούθησης και ενεργής παρέμβασης. Αν τα τεχνικά και βιολογικά εμπόδια ξεπεραστούν, μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζονται ιατρικά προβλήματα, και να φέρει μια νέα γενιά ρούχων, συσκευών και θεραπευτικών εργαλείων που είναι λεπτά, ευέλικτα και πραγματικά ενσωματωμένα στο σώμα.
