임플란트와 작은 기계는 결국 우리 몸 내부에서 작동하여 질병을 치료하거나 활동을 모니터링하는 데 도움이 될 수 있지만 의사소통을 하는 것은 까다롭습니다. 이제 EPFL 과학자들은 환자의 혈류에 분자를 방출하여 장치가 통신할 수 있는 시스템을 개발했습니다.
생체 의학 임플란트는 심장이나 뇌와 같은 장기의 활동을 모니터링하여 건강 관리에서 중요한 역할을 하며, 최근 연구에서는 나노 규모의 로봇이 언젠가 인체 내부에서 수영하거나 기어 들어가 질병과 싸울 수 있는 방법을 탐구하고 있습니다. 그러나 이러한 시스템에는 모두 통신 문제가 있습니다.
신체 내부에 전선을 배선하는 것은 비실용적일 뿐만 아니라 감염 위험도 있습니다. 그러나 라디오, 조명, 블루투스 등의 무선 기술은 인체 조직에 효율적으로 전파되지 않아 전파 범위가 크게 제한됩니다.
이제 EPFL 과학자들은 생체분자 통신이라는 개념 증명 시스템을 시연했습니다. 아이디어는 마이크로 또는 나노 로봇과 임플란트가 특정 분자를 혈류로 방출하여 통신하도록 하는 것입니다. 기본적으로 분자의 존재는 기계에 의해 "1"로 해석될 수 있고, 분자의 부재는 "0"을 나타냅니다.
이번 연구의 저자인 Haitham Al Hassanieh는 "생체분자 통신은 나노 이식형 IoT에 가장 적합한 패러다임이 되었습니다."라고 말했습니다. "데이터를 분자로 암호화하여 전송한 다음 혈액을 통해 의사소통하고 호르몬처럼 어디로 가야 할지, 언제 치료제를 출시할지 지시할 수 있다는 것은 놀라운 아이디어입니다."
연구팀은 패킷 검사, 채널 추정, 인코딩 및 디코딩 방식과 같은 전자 네트워크 기술을 분자 네트워크에 적용했습니다. 이는 채널 불안정, 동기화 부족 및 피드백과 같은 생물학으로 인해 발생하는 문제를 극복하는 데 도움이 됩니다.
연구원들은 혈관과 심장을 모방한 튜브와 펌프로 구성된 실험실의 합성 순환 시스템에서 이 기술을 테스트했습니다. 테스트를 통해 이 기술이 최대 4개의 장치에 동시에 분자 신호를 전송할 수 있어 기존 기술을 능가한다는 사실을 발견했습니다.
물론 실험실 테스트의 성공이 반드시 실제 인간 사용으로 해석되는 것은 아니며 팀은 실제 환자에게 더 많은 요소가 작용한다는 것을 인정합니다. 그러나 그들은 그것이 궁극적인 목표를 향한 유망한 첫 걸음이라고 말합니다. 다른 과학자들은 인간 조직의 이온 교환을 통해 데이터를 성공적으로 전송했습니다.
이번 연구는 올해 9월 열린 ACMSIGCOMM2023 컨퍼런스에서 발표됐다.