Pesquisadores do MIT, trabalhando com cientistas do Hospital Brigham and Women's, desenvolveram uma nova maneira de alimentar e se comunicar com dispositivos implantados nas profundezas do corpo humano. Esses dispositivos podem ser usados ​​para entregar drogas, monitorar as condições dentro do corpo, ou tratar doenças estimulando o cérebro com eletricidade ou luz.

Os implantes são alimentados por ondas de radiofrequência, que podem passar com segurança pelos tecidos humanos. Em testes em animais, os pesquisadores mostraram que as ondas podem alimentar dispositivos localizados a 10 centímetros de profundidade no tecido, a uma distância de 1 metro.

"Mesmo que esses minúsculos dispositivos implantáveis ​​não tenham baterias, agora podemos nos comunicar com eles de uma distância fora do corpo. Isso abre novos tipos de aplicações médicas, "diz Fadel Adib, professor assistente no Media Lab do MIT e autor sênior do artigo, que será apresentado na conferência do Grupo de Interesse Especial em Comunicação de Dados da Association for Computing Machinery (SIGCOMM) em agosto.

Porque eles não requerem bateria, os dispositivos podem ser minúsculos. Neste estudo, os pesquisadores testaram um protótipo do tamanho de um grão de arroz, mas eles prevêem que ele pode ser ainda menor.

“Ter a capacidade de se comunicar com esses sistemas sem a necessidade de bateria seria um avanço significativo. Esses dispositivos poderiam ser compatíveis com as condições de detecção, além de auxiliar na liberação de um medicamento, "diz Giovanni Traverso, um professor assistente no Hospital Brigham and Women's (BWH), Harvard Medical School, um afiliado de pesquisa do Koch Institute for Integrative Cancer Research do MIT, e um autor do artigo.

Outros autores do artigo são o pós-doutorado do Media Lab Yunfei Ma, Zhihong Luo, estudante de pós-graduação do Media Lab, e o Instituto Koch e o pós-doutorado afiliado do BWH, Christoph Steiger.

Comunicação sem fio

Dispositivos médicos que podem ser ingeridos ou implantados no corpo podem oferecer aos médicos novas maneiras de diagnosticar, monitor, e tratar muitas doenças. O laboratório de Traverso agora está trabalhando em uma variedade de sistemas ingeríveis que podem ser usados ​​para entregar medicamentos, monitorar os sinais vitais, e detectar movimento do trato GI.

No cérebro, eletrodos implantáveis ​​que fornecem uma corrente elétrica são usados ​​para uma técnica conhecida como estimulação cerebral profunda, que é freqüentemente usado para tratar a doença de Parkinson ou epilepsia. Esses eletrodos agora são controlados por um dispositivo semelhante a um marca-passo implantado sob a pele, que pode ser eliminado se a energia sem fio for usada. Implantes cerebrais sem fio também podem ajudar a fornecer luz para estimular ou inibir a atividade dos neurônios por meio da optogenética, que até agora não foi adaptado para uso em humanos, mas pode ser útil para o tratamento de muitos distúrbios neurológicos.

Atualmente, dispositivos médicos implantáveis, como marca-passos, carregam suas próprias baterias, que ocupam a maior parte do espaço do dispositivo e oferecem uma vida útil limitada. Adib, que imagina muito menor, dispositivos sem bateria, vem explorando a possibilidade de alimentar dispositivos implantáveis ​​sem fio com ondas de rádio emitidas por antenas fora do corpo.

Até agora, isso tem sido difícil de conseguir porque as ondas de rádio tendem a se dissipar à medida que passam pelo corpo, então eles acabam ficando muito fracos para fornecer energia suficiente. Para superar isso, os pesquisadores desenvolveram um sistema que eles chamam de "Rede In Vivo" (IVN). Este sistema conta com um conjunto de antenas que emitem ondas de rádio de frequências ligeiramente diferentes. Conforme as ondas de rádio viajam, eles se sobrepõem e se combinam de maneiras diferentes. Em certos pontos, onde os pontos altos das ondas se sobrepõem, eles podem fornecer energia suficiente para alimentar um sensor implantado.

"Escolhemos frequências ligeiramente diferentes umas das outras, e ao fazer isso, sabemos que em algum momento eles atingirão seus máximos ao mesmo tempo. Quando eles atingem suas alturas ao mesmo tempo, eles são capazes de superar o limite de energia necessário para alimentar o dispositivo, "Adib diz.

Com o novo sistema, os pesquisadores não precisam saber a localização exata dos sensores no corpo, já que a energia é transmitida por uma grande área. Isso também significa que eles podem alimentar vários dispositivos ao mesmo tempo. Ao mesmo tempo que os sensores recebem uma explosão de energia, eles também recebem um sinal instruindo-os a retransmitir as informações de volta para a antena. Este sinal também pode ser usado para estimular a liberação de um medicamento, uma explosão de eletricidade, ou um pulso de luz, dizem os pesquisadores.

Poder de longa distância

Em testes em porcos, os pesquisadores mostraram que podiam enviar energia de até um metro para fora do corpo, a um sensor que tinha 10 centímetros de profundidade no corpo. Se os sensores estiverem localizados muito perto da superfície da pele, eles podem ser alimentados a até 38 metros de distância.

"Atualmente, há uma compensação entre o quão profundo você pode ir e o quão longe você pode ir fora do corpo, "Adib diz.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para tornar o fornecimento de energia mais eficiente e transferi-lo para distâncias maiores. Esta tecnologia também tem o potencial de melhorar as aplicações RFID em outras áreas, como controle de estoque, análise de varejo, e ambientes "inteligentes", permitindo rastreamento de objetos de longa distância e comunicação, dizem os pesquisadores.