Отметим сразу, что мы не рассматриваем здесь технологии имплантации, к которым все уже привыкли и которые давно вошли в нашу жизнь - кардиостимуляторы разного рода, искусственные суставы и протезы. Мы остановимся только на технологиях, связанных с миниатюрной электроникой и беспроводными коммуникациями. 

Имплантируемые смартфоны

Мы стали практически неотделимы от наших телефонов и смартфонов, но разработчики уже работают над тем, чтобы сделать эту связь еще более плотной. И примеры использования такой технологии уже есть. В прошлом году художник Энтони Антонеллис имплантировал себе в руку RFID-чип, который может сохранять и передавать в смартфон изображения. Группа исследователей экспериментирует со встроенными датчиками, которые превращают человеческие кости в живые колонки. Другие работают над глазными имплантатами, которые позволяют фотографировать видимое изображение и передавать его в любое локальное хранилище, например, в тот же самый RFID-чип.

Но что заменит экран смартфона, если его имплантировать в тело человека? Специалисты компании Autodesk уже экспериментируют с "имплантируемым интерфейсом пользователя" (формулировка Autodesk), который способен показывать изображения через искусственную кожу. Другой вариант - эти же изображения могут напрямую транслироваться в глазной имплантат.

Лечащие чипы

Уже сегодня есть пациенты, которые используют имплантированные устройства, работающие совместно с мобильным приложением для того, чтобы контролировать течение болезни или даже ее лечить. Например, бионическая поджелудочная железа, которая проходит тестирование в Бостонском университете США имеет микро-сенсор на имплантированной в тело иголке, который передает на смартфон данные об уровне сахара в крови. А компания Stimwave Technologies разработала крошечное устройство-нейростимулятор для снятия болей в спине и ногах. Оно представляет собой беспроводной имплантат со встроенным чипом и электродами. Он вводится в организм с помощью обычной иглы и используется для нейростимуляции необходимых зон. Отметим, что это устройство уже одобрено управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, а значит будет внедрено для широкого использования в ближайшее время.

В агентстве DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) разрабатываются имплантаты в мозг, способные как записывать сигналы, приходящие из нервных узлов, так и стимулировать другие нервные узлы в реальном времени для того, чтобы эффективно переподключить поврежденные секции мозга, что позволит восстановить память.

Система способна одновременно обрабатывать 64 канала данных, получаемых с пары высокоплотным массивов электродов. При этом около уха размещается внешнее устройство, которое может обмениваться данными с имплантатом и контролировать его работу.

Ученые в Лондоне разрабатывают электронные капсулы, которые проглатываются пациентами и способны не только контролировать содержание жира в организме пациента с ожирением, но и генерировать вещества, которые заставят их чувствовать себя сытыми. В это же время в Станфордском университете в США разработали имплантируемый в тело человека чип, который может быть запрограммирован на осуществление определённых медицинских задач и передачи результатов беспроводным способом во внешнее устройство.  Интересно, что устройство не требует питания, а электричество получает за счет направленного на него ультразвука.

И вот еще интересный пример. Компания Boston Scientific разработала имплантируемыйнейростимулятор мозга Vercise, который предназначен для лечения людей с тремором (хроническое дрожание), включая эссенциальный тремор (болезнь Минора). Имплантируемое устройство содержит батарею, которое может работать в течение 25 лет без замены, а сам прибор может очень точно настраиваться в соответствии с анатомией и потребностями пациента, благодаря многочисленным независимым настройкам тока.

Роботы в кровеносных сосудах

Разработчики из бостонского Brigham and Women’s Hospital разработали компьютерный чип-убийцу рака, который может «жить» в крови пациента. Это так называемый микрофлюидный чип, покрытый длинными нитями ДНК, которые абсорбируют злокачественные раковые клетки. Действие этого чипа в крови напоминает движение и питание медузы в океане, только здесь питанием являются клетки рака. Причем раковые клетки могут быть извлечены из чипа позднее, если их необходимо изучить для диагностики.

Разработчики утверждают, что этот механизм захвата и высвобождения может использоваться как для диагностических целей, так и для терапевтического лечения при борьбе с раком.

В ближайшее время предполагается тестирования этой технологии на людях.

Умные татуировки

Татуировки сейчас в моде, поэтому почему бы не сделать их умными? Цифровые "татуировки" не только круто выглядят, но и могут выполнять полезные функции, например, разблокировать двери автомобиля или смартфон. Исследователи Иллинойского университета разработали имплантируемую сетку из компьютерных волокон, которые тоньше человеческого волоса и могут осуществлять мониторинг внутренних процессов тела с поверхности кожи.

Компания с несколько странным названием Dangerous Things разработала NFC-чип, который имплантируется в палец с помощью очень простого процесса, похожего на нанесение татуировки, и позволяет вам разблокировать устройства или вводить код, просто указывая на нужный гаджет пальцем.

Специалисты Северо-восточного университета в США разработали систему в виде"татуировки" со встроенными наносенсорами, которая предназначена для контроля уровня кислорода в крови у пациентов с анемией. Эта же система может использоваться, например, велосипедистами для мониторинга уровня натрия для предотвращения обезвоживания. Метод заключается в инъекции под кожу раствора, содержащего специально подобранные наночастицы. Никакого следа на коже не остается, но эти наночастицы будут флюоресцировать, когда будут взаимодействовать с целевыми молекулами, например, натрия или глюкозы. Модифицированный iPhone контролирует изменения уровня флуоресценции, который отражает количество в теле человека этих веществ.

Ряд компаний занимается разработкой сенсоров в виде временной татуировки, т.е. тонкой пленки, приклеиваемой на кожу человека. В частности, компания Electrozyme разработаласенсор метаболических веществ, выделяемых вместе с потом, который позволяет спортсменам оценить свой электролитный баланс, уровень гидратации, напряжение мышц и физическую работоспособность. Особенность устройства в том, что он сделан в виде временной татуировки. А учёные из Калифорнийского университета анонсировали новую технологию по неинвазивному измерению уровня сахара у диабетиков в виде временной татуировки, которая помещается на кожу и способна выполнять функции глюкометра. В нее встроены датчики, с помощью которых может быть определен уровень сахара в крови. Это значит, что ежедневные тесты можно будет проводить без прокалывания пальцев.

Разработка уже была протестирована семью добровольцами и доказала свою пригодность для точных измерений.

Электронные таблетки с обратной связью

Имплантаты могут коммуницировать не только с вашим смартфоном, они могут даже напрямую "общаться" с вашим врачом. В частности, британская исследовательская фирма разрабатывает электронные пилюли со встроенным микропроцессором, который может отправлять сообщения врачу непосредственно из вашего тела. Эти миниатюрные устройства передают врачу "внутреннюю информацию", которая позволяет врачу убедиться, что вы правильно используете прописанные им медикаменты и они дают именно тот эффект, который необходим.

Встроенный контроль рождаемости имени Билла Гейтса

Фонд Гейтса поддерживает проект Массачусетского технологического университета по созданию имплантируемого женского контрацептива, который можно контролировать снаружи. Это миниатюрный, встроенный в тело чип, который генерирует небольшие количества контрацептивного гормона внутри женского тела и может работать до 16 лет без перерыва. Имплантация не более болезненная, чем нанесение татуировки. Кроме того, по мнению разработчиков, "возможность включить или выключить устройство - это очень удобный инструмент для тех, кто планирует состав своей семьи". Тут главное не потерять свой пульт управления…

Интерфейс мозг-компьютер

Подключение человеческого мозга напрямую к компьютеру - это мечта (или кошмар) любителей фантастики и чудесных изобретений. И эта мечта, похоже, близка к реализации. Исследователи из компании BrainGate при Университете Брауна в США занимаются именно этой задачей, как сказано у них на сайте, "используя массив электродов размером с таблетку аспирина, имплантированный в мозг, наши ученые смогли показать, что сигналы нейронов могут быть в реальном времени декодированы компьютером и использованы для управления различными устройствами".

По прогнозам Intel, практическое использование интерфейса компьютер-мозг человека начнется еще до 2020 года.  Представьте, что вы получили способность пользоваться Интернетом, используя свои мыслительные способности. Это может показаться восхитительной возможностью, остается только научиться избавляться от путаницы в мыслях и пользоваться мозгом как инструментом. Возможно, это не такая простая задача, как кажется.

Растворимые батареи питания

Одной из проблем технологий имплантации является доставка питания в устройство, которое находится в теле человека. Вы не можете его подключить в розетку и не можете часто его извлекать, чтобы заменить батарею. Исследователи Лаборатории Драпера в Кембриджском университете разработали биоразлагаемую батарею. Он способна генерировать энергию внутри тела, передавать ее беспроводным способом, если это необходимо, а затем просто растворяться и исчезать. Другие исследователи пытаются понять, как использовать вырабатываемую телом глюкозу для генерирования энергии. Наверное многие из вас знают, как делается простая батарейка из клубня картофеля, так вот это очень похоже -только много меньшего размера и используется более продвинутая технология.

Бионическое зрение и глаз как сенсор

Австралийская компания Bionic Vision разработала прототип имплантируемогобионического глаза для пациентов, страдающих потерей зрения из-за неизлечимой болезни - пигментного ретинита. Это небольшое устройство напоминает видеокамеру, объектив которой расположен на специальных очках, а изображение передается с помощью имплантируемого устройства через зрительный нерв прямо в мозг. Пациентам с глубокой потерей зрения имплантируются в супрахориоидальное пространство глаза многоканальные электроды. Операция позволяет людям существенно улучшить их возможность ориентации среди различных объектов и способность определения вида предметов на столе.

А вот другой пример использования имплантатов в глаз. Немецкая компания Implandata Ophthalmic Products разработала имплантат, позволяющий обеспечивать постоянный мониторинг глазного давления для контроля развития глаукомы. Сейчас проводятся клинические испытания на первых пациентах, которым делается операция по удалению катаракты. Как часть стандартной операции по замене больной внутриглазной линзы на искусственную, беспроводное устройство помещается перед линзой. Имплантат, получивший название Pro-IOP, может осуществлять постоянный мониторинг внутриглазного давления, либо делать это по запросу через управляющее устройство, а данные через беспроводную сеть передаются врачу.

Умная пыль

Smart Dust или "умная пыль" - это, возможно, самая последняя инновация в имплантологии. Представьте себе матрицу из настоящих компьютеров с антеннами, каждый из которых много меньше песчинки, которая может самоорганизовываться внутри тела в любую нужную сеть для того, чтобы обеспечить выполнение различных сложных внутренних процессов. Представьте себе полчища этих микро-устройств, атакующих ранние проявления рака или приносящих облегчение боли в ране, или (как хочется пофантазировать!) используемых для хранения важной информации, которую будет очень трудно расшифровать или украсть.

Используя "умную пыль", врачи смогут осуществлять различные действия в вашем теле без необходимости его разрезания - доставлять нужные лекарства в нужные места, проводить внутренние операции, осматривать внутренние органы и многое другое.

Имплантат для парализованных

При травмах позвоночника человек полностью или частично утрачивает подвижность – происходит это оттого, что нарушаются проводящие нервные пути в спинном мозге, передающие приказы от головного мозга к мышцам. Российские и швейцарские исследователи разработали мягкий субдуральный нейропротез, обеспечивающий электрохимическую стимуляцию спинного мозга. Этот имплантат содержит не только  электроды, но и особые каналы, позволяющие передавать к нейронам химические стимуляторы. При этом использовали технологию мягких электродов - была создана гибкая полимерная основа для имплантата, сами же электроды сделали из силиконово-платиновых наночастиц.

Этот имплантат уже доказал свою эффективность на экспериментах с крысами – парализованные животные обретали способности ходить по прямой и подниматься по лестнице (с помощью поддерживающих устройств для компенсации плохо работающих мышц).

В государственном университете в штате Орегон (США) было разработано имплантируемое устройство, позволяющее людям  с параличом предплечья или локтевого сустава частично восстановить способность пользоваться своей рукой. Это устройство, представляющее собой систему шкивов, имплантируемую в руку, было испытано и данные эксперимента сравнивались с результатами традиционной восстановительной хирургии. Новая технология позволяет сжимать кулак, затрачивая на это движение на 45% меньше усилий, а для того, чтобы держать в руке различные объекты, потребовалось на 52% меньше сил, чем при использовании прежнего метода. Немного странно это смотрится, напоминая известный фильм про Терминатора, но вполне возможно, что такая наполовину механическая рука может помочь многим больным людям.