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说出来你可能不信,未来的灰尘都是智能灰尘

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更新时间:1970-01-01

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智能灰尘?这听起来像哪本科幻小说的想象,但加州大学伯克利分校的科学家们已经开发出一种“神经微尘”,可以植入人体内,实时监控内部神经、肌肉和器官。


传感器约为一粒砂子大,其中包括一个可以将超声振动转化为电能的压电晶体,并驱动一个与神经或肌纤维接触的板上晶体管。肌纤维的电压尖峰信号会激活电路与晶体振动方式,因而改变超声接收部件所产生的回声。一般地,超声接收部件和晶体振动部件是在同一个结构中。借助这个叫做后向散射的细微响应变化,人们能够确定它所探测到的电压。


有朝一日,这项研究既可以用于脑-机接口,直接控制假肢或机器人,也会催生一个新的生物健康产业——“electroceuticals”(电子有机体,一种将电子芯片与生物有机体结合的新型医学品类,类似于电子耳蜗、电子眼球等)。


神经微尘项目的最初目标是创造下一代脑-机接口,使之成为可行的临床技术,”神经科学研究生Ryan Neely 说。“如果一个截瘫患者想要操控一个计算机或一个机械臂,你只需要在大脑中植入这一电极,就可以持续一生都拥有这项‘超能力’了。”


目前对于这类 Electorceuticals 的产品,其植入电极和置入颅内的线路在1至2年内就会被分解,无线传感器将会被锁住、以防不自主动作或者感染的产生。


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Gartner公司在关于新兴技术中“炒作周期”的研究中预测,智能微尘将在未来5到10年内成为大势所趋。这其实是一个从1990年代后期开始就在实验室中反复被研究的领域,由国防高级研究计划局资助(DARPA)并致力于开发它的军事用途。他们的工作包括“在小型化,集成化和能源管理方面的革新、创造与进步”。


早在2003年,研究人员就已经在为智能微尘计划的应用而努力,追求创造出一个“微小的无线微机电传感器(MEMS),可以检测从光照到振动等等所有影响”。商业方面更加注重于将它投入拥挤的市区作为交通传感器或是用来监控家电的耗电量,以确定它们是否正在以最佳效率运转。然而,科学进步已经将日常的传感器技术藏入智能微尘植入穿戴式设备中了。


神经科学家Jose Carmena这样说:“值得称道的是,现在,该传感器已经小到可以在周围神经系统发挥巨大的作用,比如说,人们可以用它来控制膀胱或抑制食欲。然而,该技术还没有达到50微米的目标尺寸,而这一尺寸是我们大脑和中枢神经系统的允许尺寸。一旦它的临床试验成功了,这种神经微尘只需更换电极丝就可以继续工作了。这样一来,只需要做一次颅部手术,传感器就可以工作一辈子。”


团队的设备进一步小型化工作发现了更多的生物相容材料,同时改进了超声波的表面收发器,完美地通过波束转向技术将声波汇集到特定的微尘中。现在他们正在搭建一个带有超声波收发器、可以记录植入老鼠体内的微尘记录数据的小背包。


“微尘”也可以探测化学物质含量


设计团队还努力扩展微尘的功能,来检测如氧或激素水平等非电信号。


“我们的愿景是在身体的任何部位植入这些神经微尘,并通过植入部位的补丁激活并将从微尘收集到您治疗所必要的信息通过超声波发送出去,”一位电气工程和计算机科学专业的毕业生Dongjin Seo 说。“最终,你的多个植入体只需要一个补丁,就可以将植入体的信息或单独或综合发送出去。”


目前,智能微尘主流化的最大障碍是手术植入的难度非常大。也许在未来,我们可以通过吞服或吸入的方式注入微尘?尽管我们的消化系统可不是吃素的,但这仍不失为一个有趣的想法。无论如何,随着微尘越变越小,进入中枢神经系统或大脑对生命所带来的好处对患有特定疾病或者残疾的病人来说意义重大。现在来说这只是一个选择,但是随着研究的进行,未来一切都有可能。


本文译自:ReadWrite ; 作者:Cate Lawrence

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