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Des chercheurs du MIT, en collaboration avec des scientifiques de Brigham and Women’s Hospital, ont développé une nouvelle façon d’alimenter et de communiquer avec des appareils implantés profondément dans le corps humain. De tels dispositifs pourraient être utilisés pour administrer des médicaments, surveiller les conditions de plusieurs organes à l’intérieur de votre corps ou traiter des maladies en stimulant le cerveau avec de l’électricité ou de la lumière.

Par des ondes radiofréquences 

Ces implants sont alimentés par des ondes radiofréquences qui peuvent traverser les tissus humains sans les endommager. Dans des tests sur des animaux, les chercheurs ont démontré que les ondes peuvent alimenter des dispositifs situés à 10 centimètres de profondeur dans les tissus, à une distance de 1 mètre.

« Même si ces minuscules appareils implantables n’ont pas de piles, nous pouvons maintenant communiquer avec eux à distance à l’extérieur du corps. Cela ouvre de nouveaux types d’applications médicales », explique Fadel Adib, professeur adjoint au Media Lab du MIT et auteur principal de cette découverte, qui sera présenté à la conférence de l’Association pour l’informatique spécialisée dans la communication de données (SIGCOMM) en août 2018.

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Parce qu’ils ne nécessitent pas de batterie, ces appareils peuvent être minuscules. Lors de cette étude, les chercheurs ont testé un prototype sur la taille d’un grain de riz, mais ils prévoient qu’il pourrait être encore plus petit. « Avoir la capacité de communiquer avec ces systèmes sans avoir besoin d’une batterie serait une avancée significative. Ces dispositifs pourraient être « voir » l’état d’un organe et contribuer à la délivrance d’un médicament », explique Giovanni Traverso, professeur adjoint à l’hôpital Brigham and Women’s Hospital (BWH), Harvard Medical School, affilié à l’Institut Koch pour le cancer intégratif du MIT et un auteur de l’article.

La communication sans fil

Ces dispositifs médicaux qui peuvent être ingérés ou implantés dans le corps pourraient offrir aux médecins de nouvelles façons de diagnostiquer, de surveiller et de traiter de nombreuses maladies. Le laboratoire de Traverso travaille actuellement sur une variété de systèmes qui peuvent être utilisés pour administrer des médicaments, surveiller les signes vitaux et détecter les mouvements du tractus gastro-intestinal.

Dans le cerveau, des électrodes implantables délivrant un courant électrique sont utilisées pour une technique connue sous le nom de « stimulation cérébrale profonde », laquelle est souvent utilisée pour traiter la maladie de Parkinson ou l’épilepsie. Ces électrodes sont maintenant contrôlées par un dispositif similaire à un stimulateur cardiaque implanté sous la peau, qui pourrait être éliminé si une alimentation sans fil serait utilisée.

Les implants cérébraux sans fil pourraient également aider à distribuer de la lumière pour stimuler ou inhiber l’activité neuronale grâce à l’optogénétique, qui jusqu’à présent n’a pas été adaptée pour être utilisée chez l’homme, mais pourrait être utile pour traiter de nombreux troubles neurologiques. Actuellement, les dispositifs médicaux implantables, tels que les stimulateurs cardiaques, portent leurs propres piles, qui occupent la plus grande partie de l’espace sur l’appareil et offrent une durée de vie limitée. Adib, a expliqué qu’il envisage de créer des dispositifs beaucoup plus petits et sans batterie, avec la possibilité de les alimenter sans fil à l’extérieur du corps.

Des fréquences légèrement différentes

Jusqu’à présent, cela a été difficile à réaliser parce que les ondes radio tendent à se dissiper lorsqu’elles traversent le corps, si bien qu’elles finissent par être trop faibles pour fournir suffisamment d’énergie. Pour surmonter cela, les chercheurs ont conçu un système qu’ils appellent « In Vivo Networking » (IVN). Ce système repose sur un réseau d’antennes émettant des ondes radio de fréquences légèrement différentes. Lorsque les ondes radio se déplacent, elles se chevauchent et se combinent de différentes manières. À certains endroits, où les points hauts des ondes se chevauchent, ils peuvent fournir suffisamment d’énergie pour alimenter un capteur implanté.

«Nous avons choisi des fréquences légèrement différentes les unes des autres et, ce faisant, nous savons qu’à un moment donné elles atteindront leurs sommets en même temps. Quand ils atteignent leurs sommets en même temps, ils sont capables de surmonter le seuil d’énergie nécessaire pour alimenter des appareils », explique Adib.

Avec ce nouveau système, les chercheurs n’ont pas besoin de connaître l’emplacement exact des capteurs dans le corps, car la puissance est transmise sur une grande surface. Cela signifie également qu’ils peuvent alimenter plusieurs appareils à la fois. Alors que les capteurs reçoivent une rafale de puissance, ils reçoivent également un signal leur disant de retransmettre des informations. Ce signal pourrait également être utilisé pour stimuler la libération d’une drogue, une décharge d’électricité ou une impulsion de lumière, selon les chercheurs.

Puissance et distance

Dans des tests sur des porcs, les chercheurs ont démontré qu’ils pouvaient envoyer de la puissance depuis un mètre à l’extérieur du corps jusqu’à un capteur qui avait 10 centimètres de profondeur dans le corps. Si ces capteurs sont situés très près de la surface de la peau, ils peuvent être alimentés jusqu’à 38 mètres. « Il y a actuellement un compromis entre la profondeur à laquelle vous pouvez aller et la distance que vous pouvez atteindre en dehors du corps », explique Adib.

Les chercheurs travaillent maintenant à rendre la distribution d’énergie plus efficace et à la transférer sur de plus grandes distances. Cette technologie a un grand potentiel, notamment en alimentant des applications RFID dans d’autres domaines, tels que le contrôle des stocks, l’analyse de détail et les environnements «intelligents», permettant le suivi et la communication d’objets sur de longues distances.

Source et image : MIT