Rozmach senzorů můžeme pozorovat v zařízeních, které používáme a také v různých strojích a objektech kolem nás. Jejich velikosti se zmenšují a sbíraná data nám umožňují vše vyhodnocovat pro lepší funkčnost nebo efektivitu.
V případě biologických senzorů, které by bylo možné umístit přímo dovnitř těla, jsme ale stále teprve na začátku. Důvodem je hlavně mnohem větší nutnost miniaturizace a také další komplikace. Na miniaturní biosenzory se ale zaměřil jeden z vědeckých týmů z Kalifornské univerzity v Berkeley.
Na velikosti záleží
Pro implementaci senzorů do těla je nutné počítat s tím, že velikost hraje velmi důležitou roli. Vše se navíc odvíjí od toho, co a jak přesně potřebujete měřit.
Vytvořený senzor má velikost pouze 1 mm3 a jak můžete vidět na fotografii, jde to srovnat třeba se zrnkem rýže s tloušťkou jednoho milimetru. I když stále nejsou k dispozici technologie, které by umožňovali vyrobit podobné senzory o objemu například v oblasti desítkách mikronů, jde jen o otázku času a další výrobní pokrok.
Senzor napojený na nervové vlákno myši (Zdroj: Ryan Neely)
Se současnou velikostí už lze senzor přichytit k jednotlivým větším nervům v rámci PNS (Periferní nervová soustava), které se starají například o přenos elektrického vzruchu ke svalům. Pro integraci do mozku a neuronů v centrální nervové soustavě by ale byly zapotřebí senzory v oblasti 50 mikronů.
Komunikaci i napájení zajišťuje ultrazvuk
K dispozici už jsou různé druhy miniaturních senzorů, které lze do našeho těla umístit, ale vedou z nich dráty, které jsou nutné pro spojení s externí elektronikou a napájením mimo tělo. Tyto systémy se navíc velmi rychle ničí (infekce v místě spojení) a je nutné je měnit třeba i každý rok.
Do budoucna asi nelze čekat, že bychom chtěli mít z těla nebo hlavy vystrčené nějaké kabely a efektivní bezdrátové spojení je tak nutností. Vyvinutý senzor je pasivní – neobsahuje žádnou baterii ani vlastní zdroj napájení.
Vědci totiž zjistili, že u objektů o velikosti pod zmíněnou milimetrovou úrovní je ultrazvuk efektivní jak pro přenos informací, tak i energie. Dokonce je z pohledu rušení a prostupnosti mnohem lepší, než elektromagnetické signály a nemá škodlivý účinek.
Detail složení celého senzoru
Senzor obsahuje piezoelektrický krystal, který z ultrazvuku přijímaného z blízkého externího vysílače mimo tělo napájí jednoduchý integrovaný obvod s tranzistorem. Tento tranzistor je přímo spojen se samotným svalovým nervem skrze dvě elektrody, takže jakmile je ve svalovém vlákně jakákoli změna napětí, změní to i zpětnou vazbu celého obvodu a odraz ultrazvuku, který přijme vysílač umístěný mimo tělo.
Porovnání parametrů se staršími a konkurenčními senzory
V současné verzi se podařilo pomocí šesti 540nanosekundových ultrazvukových pulzů dosáhnout na měření dat každých 100 mikrosekund. Lze pochopitelně očekávat, že se přesnost a efektivita bude ještě zlepšovat, ale už nyní je vidět, že přesné snímání v reálném čase není problém.
Budoucí senzory v těle a přímo v mozku
Nyní se o nasazení uvažuje především pro řešení různých zdravotních problémů, které se budou vyskytovat i v blízké budoucnosti.
Samotné snímání dat je totiž důležité například pro paraplegiky, kteří mohou mít implementovanou robotickou část těla a ovládat ji „myšlenkou“ podobně, jako byli zvyklí dříve s biologickou částí. Bude nutné nějaké zaučení, ale to by z dostatku dat mělo být pro budoucí systémy umělé inteligence poměrně jednoduché.
S miniaturizací bude možné takových senzorů mít v těle jednotky či klidně stovky a každý může mít specializaci na něco jiného. Takové senzory se mohou jednoduše stát i stimulačními stroji, které bude možné bezdrátově ovládat a měnit tak i případně vzruchy v našich biologických vláknech.
Architektura nervových systémů našeho těla je rozdělena na několik částí (Zdroj: Wikipedia)
V takové době už ale budeme v budoucnosti, kdy budeme mít moc nad tím, jakou náladu chceme mít, jak chceme pociťovat například hlad, únavu a další vlastnosti našeho těla a vlastně tak převzít vládu nad tím, co náš mozek dle dat sám vyhodnocuje. Nadneseně řečeno, i Starbucks se bude muset stát technologickou firmou, protože kofein už jako stimulant nebude potřeba – prostě si daný efekt „nastavíte v aplikaci“.
Obecně to ale ukazuje vývoj, kterým se tento segment ubírá – přímé propojení našeho mozku a těla s počítačovým systémem budoucnosti, což znamená ultimátní cíl pro virtuální realitu.
Oficiální materiál k výzkumu naleznete na webu cell.com (PDF)
