«Խելացի» պլանշետներ և օրիգամի ռոբոտներ. ինչո՞ւ է անհրաժեշտ ուտելի էլեկտրոնիկան

Հարց է ծագում՝ ինչի՞ համար են նախատեսված ուտելի սարքերը:

Իսահակ Ասիմովի «Ֆանտաստիկ ճանապարհորդություն» վեպերի շարքում հերոսները փոքրանում են ատոմի չափով և թափանցում գիտնականի մարմին՝ նրա ուղեղում արյան թրոմբը ոչնչացնելու համար: Այս գիտաֆանտաստիկ սյուժեն շուտով կարող է դառնալ համատարած իրականություն՝ միայն մարմնում փոքրիկ տղամարդկանց փոխարեն՝ էլեկտրոնային սարքերը կզբաղվեն դեղորայքի կետ առ կետ առաքմամբ և հիվանդի վիճակը ներսից վերահսկելով:

Պրոֆեսոր Քրիստոֆեր Բեթինգերը և Պիտսբուրգի Քարնեգի-Մելլոն համալսարանի նրա գործընկերներն առաջիններից էին, ովքեր սկսեցին զարգացնել բժշկական կենսաքայքայվող էլեկտրոնիկա և ավելի նկատելի առաջադիմեցին այս թեմայում, քան մյուսները: Դրանց զարգացման գաղափարն այն է, որ հիվանդը կուլ է տալիս պլանշետի տեսքով սարք, որը բաղկացած է ճկուն պոլիմերային էլեկտրոդներից և նատրիումի իոններով էլեկտրաքիմիական բջջից, որը ծառայում է որպես էներգիայի աղբյուր։ Այս ամենը դնում են ուտելի պարկուճի մեջ ու կուլ են տալիս։ Սարքը ծրագրավորված է աղեստամոքսային տրակտում կամ բարակ աղիում տեղադրելու համար: Այնուհետև մարտկոցն ակտիվանում է, և պլանշետը սկսում է կատարել իր առաջադրանքները՝ այն չափում է կենսամարկերները, վերահսկում է ստամոքսի գործառույթները կամ հոսանք է հաղորդում մկանները խթանելու համար: Երբ մարտկոցը լիցքաթափվում  է, սարքը շարժվում է մարսողական համակարգի մնացած մասով և դուրս է գալիս մարմնից:

Առաջադրանքները, որոնք կկատարի ուտելի էլեկտրոնիկան, բաժանված են երկու մասի՝ կենսաբժշկական և սննդային: Առաջինը ներառում է հետևյալ հատկանիշները.

• ստամոքս-աղիքային տրակտի առողջության վերահսկում;
• արյունահոսության հայտնաբերում;
• թերապիա և դեղերի առաքում;
• բարորակ ուռուցքների հայտնաբերում:

Սննդային առաջադրանքները ներառում են.

• մարմնի ջերմաստիճանի վերահսկում;
• ստամոքս-աղիքային հեղուկի pH-ի և ջերմաստիճանի որոշում;
• ստամոքս-աղիքային հեղուկում գլյուկոզայի կոնցենտրացիայի ուսումնասիրություն;
• ստամոքսի և աղիների թթվայնության մոնիտորինգ;
• ֆերմենտների և մանրէների վերլուծություն;
• սննդի և խմիչքների պլանավորում:

Այս պահին կան մանր սարքեր, որոնք կարելի է կուլ տալ, սակայն դրանք չեն լուծվում մարմնի ներսում, այլ արտազատվում են բնական ճանապարհով։ Լիովին ուտելի էլեկտրոնիկան այժմ փորձնական փուլում է։

Էնդոսկոպի պլանշետներ և դեղորայք մատակարարող ռոբոտներ

Գիտնականները բազմաթիվ կիրառումներ են գտնում կուլ տալու և ուտելու համար նախատեսված սարքերի համար: Առավել ակնհայտ է պարկուճային էնդոսկոպիան: Սա մի գործընթաց է, երբ պարկուճի մեջ ներկառուցված տեսախցիկը լուսանկարում է ստամոքս-աղիքային տրակտը, երբ այն անցնում է մարմնի միջով: Արդյունքում՝ կարիք չկա էնդոսկոպի խողովակ մտցնելու։ Ապագայում բժիշկները կկարողանան «ուղիղ եթերում» վերահսկել հիվանդի վիճակը՝ առանց հիվանդանոցում նշանակման։ Նման զարգացում ունի իսրայելական Given Imaging ընկերությունը։ PillCam-ը տեսախցիկով հաբ է, որը ութ ժամ մնում է աղիներում և պատկերը փոխանցում հիվանդի գոտկատեղին ամրացված ձայնագրող սարքին։

Սթենֆորդի և Օհայոյի պետական ​​համալսարանի գիտնականների թիմը ստեղծել է թրթուր ռոբոտ՝ հիմնված օրիգամիի Kresling-ի վրա՝ օրիգամիի տեսակ, որը հիմնված է գլանաձև թաղանթի կորերի վրա: Սարքը կարող է հաղթահարել մարմնի հեղուկների դիմադրությունը և թափանցել դժվարամատչելի վայրեր՝ որդերի պես շարժվելու ունակության շնորհիվ՝ օգտագործելով շփման ուժը և նվազեցնելով մարմնի առանձին մասերը։ Հետազոտողները կարծում են, որ դրանց մշակումը կարող է ծառայել որպես նվազագույն ինվազիվ սարք կենսաբժշկական կիրառությունների համար, ինչպիսիք են էնդոսկոպիան, բիոպսիան և դեղերի առաքումը:

2022 թվականին գիտնականների նույն խումբը ստեղծել է էլ ավելի բարդ սարք՝ կրկին օգտագործելով օրիգամիի տեխնիկան՝ երկկենցաղ ռոբոտ։ Այն շարժվում է դեմքերից մեկին ամրացված մագնիսական ափսեի շնորհիվ։ Սարքը կարող է սողալ, գլորվել, շրջվել և շարժվել մարմնի հեղուկների միջով՝ պտտվելով իր առանցքի շուրջ:

Կային նաև փորձնական ուտելի սարքեր՝ 2013-ին Motorola-ն մշակեց «նույնականացման վիտամին»՝ էլեկտրոնային պլանշետ, որը կուլ տվածը վերածում է «կենդանի գաղտնաբառի» իր գաջեթների համար, երբ գտնվում է մարմնում: Հաբը պետք է ակտիվացվի ստամոքսի թթվի միջոցով, որը գործում է որպես էլեկտրոլիտ, այնուհետև 18-բիթանոց ազդանշանը պետք է փոխանցվի սմարթֆոնին կամ համակարգչին՝ բացելով սարքը: Չնայած այն հանգամանքին, որ ընկերությունն իր մշակումն անվտանգ էր համարում օրական մինչև 30 անգամ կուլ տալու համար, այն այդպես էլ շուկա դուրս չեկավ։

Ինչի՞ց են պատրաստված ուտելի սարքերը

Չնայած ուտելի էլեկտրոնիկայի գրավչությանը և խոստմանը, այս ոլորտում առաջընթացը դանդաղ է: Պատճառները բացատրում են Իտալիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտի և Կարնեգի-Մելլոնի համալսարանի մի խումբ գիտնականներ Advanced Materials Technologies ամսագրում հրապարակված զեկույցում: Հիմնական խոչընդոտներից մեկը «բաղադրիչների» ընտրության դժվարությունն է։

Այստեղ գիտնականները պետք է ստեղծագործ լինեն՝ միացություններն ու տարրերը, որոնք սովորաբար հայտնաբերվում են էլեկտրոնիկայի մեջ, չի կարելի ուտել կամ կարելի է ուտել շատ փոքր քանակությամբ, օրինակ՝ մանգան, սիլիցիում, պղինձ և մագնեզիում:

Որպես էլեկտրոնային նյութերի սուբստրատներ՝ գիտնականները համարում են կենսաքայքայվող պոլիմերներ՝ մետաքսի ֆիբրոին, խնձորի էքստրակտ, սիսեռի սպիտակուց և կարամելացված շաքար:

Ոսկին և արծաթն իներտ նյութեր են, որոնք կարող են օգտագործվել որպես սննդային հավելումներ։ Հետազոտողները նախատեսում են դրանք օգտագործել որպես դիրիժորներ: Այս դերը կարող է խաղալ նաև սպորտային Gatorade կամ Vegemite ըմպելիքը՝ ավստրալական ազգային ուտեստը, որը խմորիչի մզվածքի վրա հիմնված սփրեդ է։ Բանն այն է, որ այդ արտադրանքը պարունակում է շատ լիցքավորված էլեկտրոլիտներ։

Ուտելի կիսահաղորդիչների արտադրությունը ևս մեկ մարտահրավեր է գիտնականների համար: «Կիսահաղորդիչներն առանցքային դեր են խաղում էլեկտրոնիկայի աշխատանքի մեջ, քանի որ դրանք թույլ են տալիս լիցքի փոխանցում, լույսի արտանետում և ֆոտոնից լիցք փոխակերպում»,- բացատրում են հետազոտողները: Որոշ սպիտակուցներ, գունանյութեր և ներկանյութեր կարող են լուծել այս խնդիրը: Դուք կարող եք ինտեգրել սովորական սիլիցիումը, բայց շատ սահմանափակ քանակությամբ:

Ինչպե՞ս լիցքավորել խելացի պլանշետները

Սարքերի համար ճիշտ նյութեր ընտրելու դժվարությունները միակ խնդիրը չեն: Ահա այն խոչընդոտները, որոնք դեռ պետք է հաղթահարեն ինժեներները, նախքան ուտելի էլեկտրոնիկան ամենուր տարածված դառնա.

• Գտնել սարքերը սնուցելու ուղիներ: Մանրադիտակային լիթիումային մարտկոցները կարող են հաղթահարել այս խնդիրը, սակայն մարմնի համար անվտանգ քիմիական նյութերը պետք է օգտագործվեն որպես էլեկտրոդներ: Պրոֆեսոր Քրիստոֆեր Բեթինգերը, օրինակ, հորինել է մելանինից պատրաստված կատոդ՝ այն պիգմենտը, որը գունավորում է մաշկը և մազերը:
• Մտածել ընդհանրապես մարտկոցների հեռացման մասին: Այս դեպքում ուտելի սարքը պետք է քիմիական էներգիա ստանա ստամոքսում գտնվող սննդից կամ հավաքի կինետիկ էներգիա, որն առաջանում է աղեստամոքսային տրակտի շարժումներից։ Առայժմ նման զարգացումները հաջողությամբ չեն պսակվել։
• Գտնել ուտելի էլեկտրոնիկայի՝ արտաքին սարքերի հետ հաղորդակցվելու եղանակներ՝ տեղեկատվություն փոխանցելու համար: Անուտելի, կուլ տրվող սենսորներն ու իմպլանտները տեղեկատվություն են փոխանցում ռադիոհաճախականության համակարգերի միջոցով, սակայն լիովին ուտելի նման սարքեր դեռ գոյություն չունեն:

Սիրարփի Աղաբաբյան