chercheurs du MIT, travailler avec des scientifiques du 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 à l'intérieur du corps, ou traiter une maladie en stimulant le cerveau avec de l'électricité ou de la lumière.

Les implants sont alimentés par des ondes radiofréquences, qui peut traverser en toute sécurité les tissus humains. Dans les tests sur les animaux, les chercheurs ont montré que les ondes peuvent alimenter des appareils situés à 10 centimètres de profondeur dans les tissus, à une distance de 1 mètre.

"Même si ces minuscules dispositifs implantables n'ont pas de piles, nous pouvons maintenant communiquer avec eux à distance en dehors du corps. Cela ouvre de tout nouveaux types d'applications médicales, " dit Fadel Adib, professeur adjoint au Media Lab du MIT et auteur principal de l'article, qui sera présenté lors de la conférence du groupe d'intérêt spécial de l'Association for Computing Machinery sur la communication de données (SIGCOMM) en août.

Parce qu'ils ne nécessitent pas de batterie, les appareils peuvent être minuscules. Dans cette étude, les chercheurs ont testé un prototype de la taille d'un grain de riz, mais ils prévoient qu'il pourrait être rendu encore plus petit.

« Avoir la capacité de communiquer avec ces systèmes sans avoir besoin d'une batterie serait une avancée significative. Ces appareils pourraient être compatibles avec les conditions de détection ainsi que faciliter l'administration d'un médicament, " dit Giovanni Traverso, professeur adjoint au Brigham and Women's Hospital (BWH), Faculté de médecine de Harvard, un affilié de recherche au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT, et un auteur de l'article.

Les autres auteurs de l'article sont le postdoctorant Media Lab Yunfei Ma, Zhihong Luo, étudiant diplômé du Media Lab, et Christoph Steiger, postdoctorant affilié au Koch Institute et au BWH.

Communication sans fil

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

Dans le cerveau, des électrodes implantables qui délivrent un courant électrique sont utilisées pour une technique connue sous le nom de stimulation cérébrale profonde, qui est souvent utilisé pour traiter la maladie de Parkinson ou l'épilepsie. Ces électrodes sont désormais contrôlées par un appareil de type stimulateur cardiaque implanté sous la peau, qui pourrait être éliminé si l'alimentation sans fil est utilisée. Les implants cérébraux sans fil pourraient également aider à fournir de la lumière pour stimuler ou inhiber l'activité des neurones grâce à l'optogénétique, qui jusqu'à présent n'a pas été adapté pour une utilisation chez l'homme mais pourrait être utile pour traiter de nombreux troubles neurologiques.

Actuellement, dispositifs médicaux implantables, tels que les stimulateurs cardiaques, transporter ses propres batteries, qui occupent la majeure partie de l'espace sur l'appareil et offrent une durée de vie limitée. Adib, qui envisage beaucoup plus petit, appareils sans batterie, a exploré la possibilité d'alimenter sans fil des dispositifs implantables avec des ondes radio émises par des antennes à l'extérieur du corps.

Jusqu'à maintenant, cela a été difficile à réaliser car les ondes radio ont tendance à se dissiper lorsqu'elles traversent le corps, ils finissent donc par être trop faibles pour fournir suffisamment de puissance. Pour surmonter cela, les chercheurs ont conçu un système qu'ils appellent "In Vivo Networking" (IVN). Ce système repose sur un réseau d'antennes qui émettent des ondes radio de fréquences légèrement différentes. Au fur et à mesure que les ondes radio voyagent, ils se chevauchent et se combinent de différentes manières. A certains moments, où les points hauts des vagues 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, ceux-ci vont atteindre leurs sommets en même temps. Quand ils atteignent leurs sommets en même temps, ils sont capables de franchir le seuil d'énergie nécessaire à l'alimentation de l'appareil, " dit Adib.

Avec le 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. En même temps que les capteurs reçoivent un sursaut de puissance, ils reçoivent également un signal leur disant de relayer l'information à l'antenne. Ce signal pourrait également être utilisé pour stimuler la libération d'un médicament, une explosion d'électricité, ou une impulsion de lumière, disent les chercheurs.

Puissance longue distance

Dans des tests sur des porcs, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient envoyer de la puissance jusqu'à un mètre à l'extérieur du corps, à un capteur situé à 10 centimètres de profondeur dans le corps. Si les capteurs sont situés très près de la surface de la peau, ils peuvent être alimentés jusqu'à 38 mètres de distance.

"Il y a actuellement un compromis entre la profondeur jusqu'où vous pouvez aller et jusqu'où vous pouvez aller en dehors du corps, " dit Adib.

Les chercheurs travaillent maintenant à rendre la fourniture d'énergie plus efficace et à la transférer sur de plus grandes distances. Cette technologie a également le potentiel d'améliorer les applications RFID dans d'autres domaines tels que le contrôle des stocks, analyse de détail, et des environnements "intelligents", permettant le suivi et la communication d'objets à plus longue distance, disent les chercheurs.