Człowiek-cyborg. Hakowanie wilgotnego sprzętu
Na początku 2015 r. ogromne wrażenie na wszystkich zrobiły opracowane przez Uniwersytet Johnsa Hopkinsa bioniczne ramiona poruszane za pomocą umysłu. Człowiekiem, który miał możliwość ich wypróbowania, był Leslie Baugh (2). Mężczyzna stracił obie ręce ponad czterdzieści lat temu w wyniku porażenia prądem. Aby założyć bioniczne ramiona, potrzebne były długie przygotowania.
Już w czerwcu 2014 r. przeprowadzono zabieg chirurgiczny, dzięki któremu uaktywniono zakończenia nerwowe na ramionach mężczyzny. Potem przyszedł czas na naukę posługiwania się protezami. Do ciała przymocowano sensory, które pomagają przekazywać impulsy do bionicznych ramion. Mężczyzna, po treningu, był w stanie wykonywać drobne czynności, takie jak np. przenoszenie kubków na półkę.
Protezy są połączone z nerwami ramion i górnej klatki piersiowej pacjenta. Twórcy systemu wykorzystali nerwy, które kiedyś służyły do poruszania rękami, ale przez lata były nieczynne. Zanim stworzono protezy, pacjent ćwiczył w systemie wirtualnej rzeczywistości, dzięki czemu oprogramowanie "nauczyło" się wzorów poruszania kończynami przez Lesliego. Na tej podstawie stworzono system zarządzający protezami.
Kilka miesięcy wcześniej znanym bohaterem współczesnej bioniki stał się Zac Vawter, który testował protezę nogi, kontrolowanej za pomocą myśli (3). Ten model jest połączony przewodami ze ścięgnem udowym. Tu są łącza z nerwami. Impulsy trafiają do pokładowego komputera protezy, który zarządza mechaniką prostującą lub też zginającą kończynę.
W dziedzinie tej zapierające dech w piersiach innowacje pojawiają się niemal jedna po drugiej. Podczas konferencji prasowej, która odbyła się w maju 2015 r. w Kopenhadze, specjalizująca się w protezach firma Ossur zaprezentowała implantacyjny czujnik, pozwalający pacjentowi na sterowanie sztuczną kończyną za pomocą myśli.
Technologia Implanted MyoElectric Sensor ma sprawić, że ludzie będą poruszali protezami Proprio Foot (4) jak swoimi własnymi stopami, bez opóźnień, które są zmorą stosowanych dotychczas rozwiązań. Dzięki systemowi IMES ma się to zmienić.
Gdy sygnały elektryczne z mózgu docierają do końca nogi, są odbierane przez parę czujników umieszczonych w tkance mięśniowej pacjenta. Wysyłają one sygnał do protezy stopy Proprio, przekazując jej, czy ma się np. zgiąć. Zabieg implantacji czujników trwa tylko 15 minut i wymaga pojedynczego nacięcia o długości 1 cm. Czujniki są zasilane poprzez niewielkie cewki magnetyczne znajdujące się w samej protezie, dzięki czemu nie trzeba ich wyciągać i wymieniać.
Człowiek z adresem IP
Jest wiele prognoz mówiących o nadchodzącej erze cyborgów i technologicznym doskonaleniu gatunku ludzkiego. Nasze ciała mają rozmaite ograniczenia. Kiedy człowiek się rodzi, nie wie, jak długo będzie żył, ale z góry wiadomo, że pewnego dnia jego ciało zacznie odmawiać posłuszeństwa. A więc po co się męczyć z tym pełnym wad i słabości tworem - uważają niektórzy. To przecież mózg jest najważniejszy. Kevin Warwick (5) z Uniwersytetu w Reading, zwany przez media "profesorem cyborgiem", przekonuje, że już na obecnym etapie rozwoju nauki mózg może funkcjonować bez ciała.
Pierwszy chip RFID wszczepił sobie do ciała już w 1998 r. Cztery lata później w splotach nerwowych ramienia umieścił sensory. Pomimo dobrej opieki medycznej, trudno uznać jego działania za bezpieczne, bo skutki były trudne do przewidzenia. O Brytyjczyku stało się głośno po tym, jak wszczepił sobie zintegrowany z układem nerwowym implant, który miał pozwolić mu na komunikację z maszynami i sterowanie nimi za pomocą myśli. Naukowiec przekonuje, że już teraz uzyskanie stałego połączenia z komputerem jest możliwe.
"Przecież prawie przez trzy miesiące miałem w swoim przedramieniu chip ze 100 elektrodami podłączonymi do mojego układu nerwowego. Niestety, nie mógł on zostać tam na zawsze. Po zakończeniu związanych z nim eksperymentów lekarze mi go usunęli. Zostały blizny i kilka platynowych obwodów pod skórą, ale znowu jestem zwykłym człowiekiem", opowiadał potem w wywiadach prof. Warwick.
Podczas jednego z eksperymentów naukowiec podłączył się do Internetu (miał własny adres IP) i będąc w Nowym Jorku sterował mechaniczną ręką robota umieszczoną w angielskim Reading. W swoich eksperymentach poszedł krok dalej. Zdecydował się połączyć własny układ nerwowy z układem żony. Tak sprzęgnięty z połowicą, prof. Warwick, nawet jej nie widząc, wiedział, kiedy np. poruszała kończyną. Nie odczuwał jej emocji czy odczuć sensorycznych, np. bólu, ale po prostu miał świadomość ruchów wykonywanych przez małżonkę.
Badania Warwicka oprócz tych ciekawostkowych aspektów mają również poważniejszy wymiar. Naukowiec pracuje nad neurostymulatorem, który - wszczepiony do mózgu osobom cierpiącym na chorobę Parkinsona - będzie blokował jego część odpowiadającą za drżenie kończyn. Naukowiec uważa, że elektroniczne chipy są w stanie wyleczyć wiele schorzeń neurologicznych, takich jak demencja starcza czy choroba Alzheimera.
Sztuczne włókna oplatają neurony
Nie chodzi zresztą tylko o chipy-implanty, ciała obce, na które prędzej czy później reagują układy obronne organizmu. Bionika chce iść dalej i zastępować ludzkie tkanki oraz organy na nowych poziomach i głębokościach. Trzy lata temu naukowcy z Uniwersytetu Harvarda skonstruowali biokompatybilne nanowłókna, które można wszczepiać w ludzką tkankę. Jeden z członków zespołu, prof. Charles M. Lieber, wyjaśniał w "Nature Materials", że chodzi o "połączenie żywej tkanki z elektroniką w taki sposób, by trudno było określić, gdzie kończy się tkanka, a gdzie zaczyna elektronika."
Naukowcom chodzi o system zdolny do odbierania tych samych bodźców fizycznych i chemicznych, na które reaguje układ nerwowy, takich jak zmiany pH, składu chemicznego tkanek, zawartości tlenu i inne zjawiska, wyzwalające reakcje nerwowe w organizmie. Uczeni zbudowali nanoskalową sieć z kolagenu (nanoES), w który wplatali układy nanoprzewodów tworzące rodzaj szkieletu lub też rusztowania dla tkanki (6). Siatka ta zdolna była odbierać wspomniane sygnały chemiczne i elektryczne w żywych komórkach tkanek, bez uszkodzeń dla tych ostatnich. Udało im się nawet zbudować naczynia krwionośne oplecione syntetyczną "siecią neuronową".
Jak łatwo zauważyć, mówimy w tym przypadku o cyborgizacji na poziomie nieomal najniższym z możliwych, czyli wplataniu osnowy sztucznych elementów w struktury komórkowe organizmu, serca, mięśni i żył. Powstaje tkanka hybrydowa - na poły naturalna, żywa, na poły syntetyczna.
Jak informowały naukowe serwisy informacyjne w czerwcu 2015 r., Charles Lieber, chemik z Harvardu oraz Ying Fang z Narodowego Centrum Nanotechnologii w Pekinie, wynaleźli przełomową technologię polegającą na stworzeniu mikroskopijnej polimerowo-metalowej sieci, która może utrzymać mikroskopijne czujniki. Sieć jest tak mała, że można ją wstrzyknąć do mózgu za pomocą igły normalnych rozmiarów, lecz odpowiednio wzmocnionej. Następnie siatka ma zacząć się rozwijać i rozpościerać w głowie pacjenta, by wrócić do swojego kształtu w ciągu mniej niż godziny.
Technika ta pozwala na pokonanie dwóch największych problemów, jakie dziś napotykają neurolodzy. Po pierwsze, uzyskanie dostępu do mózgu to proces długi, skomplikowany i bardzo inwazyjny. Po drugie, jakiekolwiek implanty wszczepiane do ciała człowieka są atakowane przez system immunologiczny. Przeprowadzane badania koncentrowały się na wszczepianiu implantów do mózgów uśpionych myszy. Po ich wybudzeniu zespół Liebera był w stanie monitorować aktywność neuronów, a nawet stymulować poszczególne części mózgu.
Nic nie widzę, nie słyszę, tylko czuję
Technika, która pozwala poruszać kończynami, nawet za pomocą bezpośrednich impulsów z mózgu, to dla współczesnych bioników za mało. Oni chcą zbudować protezy, które będą czuć, rozpoznawać kształty, temperaturę i strukturę powierzchni. Na początku 2013 r. inżynierowie-bionicy dali taką protezę (CYBERHAND) Dennisowi Aabo Sørensenowi, Duńczykowi, który przed dziewięciu laty stracił rękę poniżej łokcia.
Odczucia dotyczące siły nacisku, kształtu i konsystencji dotykanych przedmiotów przekazywane są w tej konstrukcji z sensorów w dłoni przez nadajnik do elektrod wszczepionych do ramienia osoby noszącej protezę. Te łączą się z końcówkami nerwów. Impulsy elektryczne transmitowane są więc do układu nerwowego i dalej do mózgu. To sprawia, że człowiek "czuje", co ma pod palcami i jak mocno nimi to dotyka.
Pacjent Sørensen był w stanie wykonać większość zadań i widać było, że w czasie testów zrobił postępy. Świetnie radził sobie zwłaszcza z kontrolowaniem kciuka i palca wskazującego, gorzej z palcem małym. Miał trudności z rozpoznaniem obiektów o średniej sztywności, ale łatwo rozpoznawał obiekty miękkie i twardsze. "Wrażenia dotykowe były niewiarygodne. Doznawałem uczuć, których brakowało mi od dziewięciu lat" - ocenił testy Sørensen. Warto dodać, że w ich trakcie miał zasłonięte oczy i zatkane uszy (7).
Całkiem niedawno zaś, bo we wrześniu 2015 r., amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności (DARPA) również zaprezentowała prototyp protezy ręki, która przywróci jej użytkownikowi zmysł czucia. 28-latek, sparaliżowany ponad dekadę temu w wyniku urazu rdzenia kręgowego, został pierwszym człowiekiem na Ziemi, który przetestował protezę ręki, z "wbudowanym zmysłem dotyku" (8).
Naukowcy z Uniwersytetu Johns Hopkins pracujący w projekcie DARPA podłączyli elektrody bezpośrednio do kory czuciowej w mózgu sparaliżowanego ochotnika oraz do jego kory ruchowej, dzięki czemu mógł on sterować sztuczną ręką za pomocą myśli.
Skoro badacze pracują nad tym, aby protezy miały zmysł dotyku, to przydałaby się również syntetyczna skóra, która przejęłaby funkcję tej naturalnej i w dodatku zasłoniła nie zawsze estetyczne części mechaniki. Istnieją już sztuczne skóry, które potrafią znakomicie wyczuć nacisk albo same się regenerować. Jednak naukowcy z Korei Południowej poszli o krok dalej.
Wynaleźli odpowiednik skóry (9), która może "wyczuć" temperaturę, wilgotność oraz nacisk. Materiał taki jest bardzo rozciągliwy, przezroczysty, zbudowany z silikonu (polidimetylosiloksan PDMS). Znajdują się w nim nanowstążki krzemu, dzięki którym w momencie jego spłaszczania albo rozciągania jest generowana energia elektryczna - można więc wyczuć, czy dana rzecz jest ciepła czy też zimna.
Robak zaklęty w robota
Warwick i wielu innych naukowców podkreślają, że człowiek to nic innego jak mózg. Jeśli uda się mózg połączyć z maszyną, to choć właściwie wszystko poza mózgiem będzie maszyną, i tak ciągle będziemy mieli do czynienia z człowiekiem, człowiekiem-cyborgiem oczywiście, ale jednak wciąż nie robotem. Po co jednak umieszczać rzeczywisty organ w puszce z metalu i elektroniki? To trudne, kłopotliwe i na pierwszy rzut oka niebezpieczne. Czy nie wygodniej stworzyć wirtualny model mózgu, z wszystkimi danymi pamięciowymi oraz funkcjami i po prostu załadować go jako dane i software do maszyny? Oczywiście sporządzenie pełnego modelu ludzkiego mózgu jeszcze daleko przed nami, ze względu na jego przytłaczającą złożoność. Uczeni próbują już jednak to uczynić ze znacznie prostszymi organizmami.
W czerwcu świat obiegła informacja o stworzeniu pełnej symulacji "mózgu" jednej z glist z gatunku caenorhabditis elegans. Projekt pod nazwą "OpenWorm" przeanalizował wszystkie połączenie pomiędzy 302 neuronami robaka, tworząc komputerową symulację, która jako jego "mózg" została załadowana do prostego robota z klocków LEGO (10). Robot wyposażono w odpowiedniki wszystkich części ciała, jakie ma robak w rzeczywistości - czujnik sonarowy, który służy jako nos, oraz silnik i koła, zastępujące części służące motoryce robaka.
Robot - bez jakiegokolwiek programowania - zaczął się poruszać i sam kontrolować. Kiedy sztucznie stymulowano czujnik jedzenia, robot poruszał się do przodu. A kiedy włączono jego czujnik sonarowy, natychmiast zaczął się odwracać i podążać w przeciwnym kierunku. Oczywiście mózg nie jest odwzorowany w 100%, naukowcy musieli uprościć wiele mechanizmów - jak choćby ten, który odpowiada za aktywacje neuronów. Jednak fakt, że robot potrafi się poruszać, zatrzymywać przed przeszkodami, a nawet zawracać, i tak wprowadził naukowców w zachwyt.
Sztuczne części zamienne
Organiczny czy wirtualny, mózg w maszynowym egzoszkielecie to jednak chyba dość odległa przyszłość. Teraźniejszość to bioniczne "części zamienne" - a liczba organów, które potrafimy w ten sposób zastąpić, rośnie naprawdę szybko. Implanty ślimakowe w uszach czy uzupełnianie ubytków w szkielecie - to rzecz znana od dawna. Od kilku lat "gorącym' tematem są bioniczne oczy.
Na początku 2015 r. wrażenie na wszystkich zrobiło to, że 68-letni Allen Zderad z amerykańskiego stanu Minnesota, niewidomy od dekady z powodu choroby zwyrodnieniowej siatkówki, dzięki bionicznym oczom znów zobaczył swoją żonę i innych ludzi oraz świat dookoła (11). Było to możliwe dzięki prototypowej konstrukcji o nazwie Second Sight Argus II.
Producent bionicznego implantu wzrokowego Second Sight już od 2013 r. ma pozwolenie amerykańskiego urzędu ds. m.in. leków i innych procedur medycznych FDA na oferowanie swojego produktu ludziom. Wciąż jednak niewiele osób wypróbowało tego rodzaju implanty. Jednym z powodów może być wysoki koszt - w USA Argus II kosztuje 100 tys. dolarów.
Argus II to zestaw, w którego skład wchodzą: kamera umieszczona na specjalnych okularach, moduł zasilania oraz najważniejsze elementy - wszczepione w oko elektrody i mikroprocesor. Kamera rejestruje obraz, a następnie poprzez nadajnik bezprzewodowy przekazuje go do mikroprocesora wszczepionego blisko siatkówki. Ten zamienia obraz w serię impulsów elektrycznych, działających poprzez sześćdziesiąt drobnych elektrod na komórki siatkówki, co umożliwia wytworzenie obrazu.
Sztuczne oczy, protezy, nawet te sterowane myślami, to wszystko są rzeczy, które widać z zewnątrz. Tymczasem bionika coraz śmielej wkracza do naszych trzewi. Przykładem jest urządzenie inspirowane śledzioną. Jego zadaniem ma być oczyszczanie krwi z infekcji powodowanych przez drobnoustroje, od Escherichia coli po Ebolę. Informacja o sztucznym narządzie opracowanym przez bostoński Instytut Wyss ukazała się we wrześniowym wydaniu "Nature Medicine". Urządzenie wykorzystuje zmodyfikowaną wersję białka - lektyny wiążącej mannozę (MBL).
Substancja ta łączy się z cukrami występującymi na powierzchni 90% bakterii, wirusów i grzybów. Wiąże się również z toksynami wydzielanymi przez martwe drobnoustroje, co przyczynia się do nadreakcji immunologicznej i posocznicy. Naukowcy pokryli drobiny magnetyczne MBL. Gdy przechodzi przez nie krew, białko wiąże się z zawartymi w niej patogenami. Minimagnesy są następnie usuwane za pomocą pola magnetycznego z krwi, a ta oczyszczona może wracać do organizmu. Sztuczną śledzionę przetestowano na szczurach celowo zakażonych bakteriami. 89% zwierząt, których krew przefiltrowano, wyzdrowiało z infekcji!
Zaprezentowane blisko rok temu serce firmy Carmat (12), które wszczepiono pacjentowi w paryskim szpitalu Georges Pompidou może działać bez zakłóceń nawet pięć lat. Proteza jest częściowo urządzeniem mechanicznym, częściowo zaś stworzona została z tkanki żywej, pochodzącej od krowy. Wadą francuskiego sztucznego serca jest duża waga. Przy masie 900 gramów pozostaje trzy razy cięższe niż ludzkie serce. Stąd też spore ograniczenia w zastosowaniu nowej bionicznej konstrukcji. Nadaje się ona głównie dla pacjentów płci męskiej, z nadwagą. Innym ograniczeniem stosowania protezy będzie także jej cena - ok. 160 tys. euro.
Mechanizm tego serca jest nieco inaczej zaprojektowany niż znane dotychczas protezy. Elastyczne, hydraulicznie napędzane komory ściskają krew, przepompowując ją do układu krążenia. Tkanki pochodzenia wołowego na powierzchniach mających kontakt z krwią zmniejszają niebezpieczeństwo krzepnięcia krwi. Sensory dostosowują tempo pompowania do ruchów pacjenta. Urządzenie zasilane jest elektrycznie z przenośnej baterii litowo-jonowej.
TAH firmy Syncardia to z kolei w pełni autonomiczne serce, które znajduje się w ciele pacjenta i jest wspomagane jedynie za pomocą aparatury umieszczonej w niewielkim plecaku. Konstrukcję uznaje się za najbardziej zaawansowane na świecie sztuczne serce. Pozwala prowadzić codzienną aktywność (oczywiście bez poważnych wysiłków) i spokojnie oczekiwać na nowe serce od dawcy. Krew nie opuszcza nigdy ciała pacjenta, a rurki wchodzące do klatki piersiowej pompują jedynie powietrze napędzające serce. Niewielki plecak z maszynerią napędzającą i kontrolującą serce nazywa się Freedom Driver.
To nie wszystko, jeśli chodzi o organy wewnętrzne. Sztuczne płuco MC3 biolung (13) przechodzi obecnie intensywne testy. Zewnętrzne sztuczne płuca (płucoserca) nie są nowością, jednak wciąż trwają wysiłki, aby stworzyć narząd, który zmieściłby się w klatce piersiowej.
Grupa naukowców ze szpitala Massachusetts General Hospital i Uniwersytetu Bostońskiego przeprowadza kliniczne testy bionicznej trzustki sparowanej z aplikacją na smartfona. Sztuczna trzustka, analizując poziomy glukozy w organizmie, nie tylko podaje pełną informację o bieżącym stanie cukru, ale wsparta na komputerowym algorytmie automatycznie dozuje insulinę i glukagon w miarę konieczności i potrzeb.
Testy przeprowadzane są we wspomnianym szpitalu u chorych na cukrzycę typu 1. Sygnał o poziomie cukru w organizmie jest wysyłany z sensorów bionicznego organu do aplikacji w iPhone'ie co pięć minut. Chory wie więc na bieżąco, co się dzieje. Aplikacja oblicza także ilość hormonów, insuliny i glukagonu potrzebną do zrównoważenia poziomu cukrów we krwi i wysyła sygnał do pompy noszonej przez pacjenta. Dozowanie odbywa się przez cewnik podłączony do układu krwionośnego. Bioniczna trzustka musi jednak przejść jeszcze wiele innych testów i mieć aprobatę odpowiednich władz.
Także ścięgna i mięśnie mogą zostać mechanicznie zastąpione. Odpowiedni system został już zastosowany przez inżynierów ze Stanowego Uniwersytetu w Oregonie jako implant, zastępujący źle funkcjonujące lub osłabione po operacji nerwy i ścięgna w ręce. Opracowany przez amerykańskich konstruktorów mechanizm nie jest "robotem". Nie ma w nim sztucznego napędu, elektroniki i sensorów.
Jest to mechanizm pasywny, oparty na układzie podobnym do wielokrążka znanego np. ze stosowanych w przemyśle dźwignic (14). A służy jako mechanizm pośredniczący i wspomagający ścięgna, które podczas operacji łączone są z nerwami. Pacjent po takiej operacji ma problemy z poruszaniem palcami i dłonią, tymczasem - jak wykazały badania na rękach martwych osób - implant wielokrążkowy zmniejsza potrzebną do zaciśnięcia palców siłę o ok. 45%.
Cyborg z papierami
Trzeba sobie uczciwie powiedzieć, że integracja ciała człowieka z najnowszymi technologiami wiąże się także z nowymi rodzajami zagrożeń. Jednym z nich jest niebezpieczeństwo pojawienia się tzw. body hackers, czyli osobników o złych zamiarach, którzy mogliby włamać się do systemów człowieka-cyborga, przejąć nad nimi kontrolę, zrobić komuś krzywdę lub nawet uczynić ciało swoją marionetką, np. za pomocą implantów wszczepionych osobom niezdającym sobie z tego sprawy.
Obecnie w środowiskach biohakerów istnieje podział na komputery (hardware), aplikacje (software) i ludzi (wetware - "wilgotny sprzęt"). Ta specyficzna subkultura wydaje się nieco dziwaczna, gdy widzimy takich "biohakerów" jak Tim Cannon, którzy zaszywają sobie pod skórą ramienia chip z komputera Circadia 1.0 (15), wielkości aparatu telefonicznego.
Urządzenie, spełniające funkcje sensora różnych parametrów ciała "nosiciela", jest ładowane bezprzewodowo i przez Bluetooth transmituje zebrane dane do urządzenia mobilnego opartego na systemie Android. Tim Cannon cieszy się, że będzie teraz od razu wiedział, czy "łapie gorączkę". Co więcej, sensor ma wykryć przyczyny podwyższonej temperatury ciała. Warto dodać, że "biohaker" twierdzi, iż wszył sobie opracowany przez siebie czujnik samodzielnie (a dokładnie - wszył mu kolega), bez wiedzy lekarzy i nawet bez znieczulenia.
Możemy uznać działania Cannona za niebyt rozumne, ale wydaje się, że stanowią dość prymitywną jeszcze zapowiedź przyszłości, gdy mniej lub bardziej niebezpieczni spece będą "hakować" swoje ciała lub ciała innych. W końcu cytowany wyżej i szanowany profesor Kevin Warwick zrobił mniej więcej to samo co Cannon, tylko w lepiej kontrolowanych medycznie i cywilizowanych warunkach.
Za pierwszego urzędowo uznanego cyborga uchodzi zaś Anglik Neil Harbisson (16), człowiek z wrodzoną wadą wzroku polegającą na braku zdolności widzenia kolorów. Wraz z kolegą Adamem Montandonem dokonał biohacku i skonstruował urządzenie o nazwie Eyeborg, składające się z zamontowanej na głowie kamery, wytwarzające wibracje pod wpływem różnych barw. Zaimplantowany na stałe w czaszce Eyeborg znalazł się nawet na zdjęciu paszportowym "właściciela", stąd status pierwszego "zgodnego z dokumentem tożsamości" cyborga.
W miarę jednak jak rozwijają się technologie implantów i inne bioniczne "części zamienne" w ludzkich organizmach, pojawia się kwestia ich zasilania. Przykładowo, od lat funkcjonujące na normalnym rynku rozruszniki serca korzystają z baterii, które od czasu do czasu trzeba wymieniać, a w przypadku urządzeń umieszczonych w organizmie oznacza to po prostu konieczność przeprowadzenia kolejnej operacji. Aby tego uniknąć, coraz częściej pracuje się nad systemami bezprzewodowego przekazywania energii. Jedną z technik, które się obecnie rozwija, jest próba wykorzystania zjawisk piezoelektrycznych generowanych przez ultradźwięki.
Leon J. Radziemski z firmy Piezo Energy Technologies w Tucson informuje o systemie, nad którym pracuje z kolegami naukowcami. "Przeprowadziliśmy eksperymenty polegające na ładowaniu baterii lito-jonowych o napięciu 4,1 V", opowiada w opisie badań. "Na głębokości tkanki do 1,5 cm udało się wygenerować prąd o natężeniu 300 mA (miliamperów). Pod warstwą tkanki sięgającą 5 cm wywołaliśmy zaś 20 mA". W obu przypadkach możliwe jest ładowanie baterii medycznych implantów. Ultradźwiękowe generowanie prądów testowane było na świniach. Zwierzętom wszczepiano implanty wyposażone w odbiorniki piezoelektryczne.
Do zdalnego ładowania baterii bionicznych urządzeń można wykorzystać również techniki elektromagnetyczne, oparte na indukcji. Wykorzystanie fal elektromagnetycznych wzbudza jednak kontrowersje. Amerykańskie organy administracyjne regulujące sferę telekomunikacji wprowadziły ograniczenia co do mocy sygnałów, które można przekazywać medycznym implantom. Poza tym w implantologii mózgowej, gdzie ewentualne elektroniczne moduły nie mają miejsca na baterie, trzeba myśleć o innych technikach dostarczania mocy.
Dlatego naukowcy z amerykańskiego Uniwersytetu Stanforda również pracują nad metodami ultradźwiękowymi. Ich pomysł polega na emitowaniu energii w postaci ultradźwiękowych sygnałów, które odbierane są przez odbiornik piezoelektryczny. Podczas eksperymentu uczeni umieścili miniaturowy implant w kawałku mięsa kurczaka, który imitować miał mózg. Emitowali energię w postaci dźwięków/wibracji o wysokiej częstotliwości. W odbiorniku wzbudzało to prąd stały o mocy 100 μW. Technologia dała podczas pierwszych eksperymentów w laboratorium obiecujące wyniki.
Nanogenerator - taką nazwę profesor Keon Jae Lee z Koreańskiego Instytutu Zaawansowanej Nauki i Technologii (KAIST) nadał opracowanemu przez niego i jego zespół urządzeniu z nadzwyczaj elastycznego materiału, który w dodatku generuje energię. Pas tego elastycznego kompozytu można rozciągnąć nawet o 250%. W nanogeneratorze znajdują się długie nanowłókienka srebra (17). Zachodzące podczas fizycznego oddziaływania na materiał zjawisko piezoelektryczne generuje prąd elektryczny o napięciu do 4 V. Profesor Lee twierdzi, że nowy materiał idealnie nadaje się do zastosowań w biomedycynie, bionice i protetyce, łączy bowiem pożądaną w kontakcie z ciałem elastyczność z przewodnictwem.
