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当植入设备越来越多,“体联网”或许正在形成

脑极体 2018-10-17 11:10:19

智能家居的概念提出已经有三十多年,但其呈现出爆发式的发展速度也就是人工智能兴起的这几年。随着技术的发展,各种家具产品都相继嵌入了远程控制、智能感知、多模态交互等智能化方案。这时家居产品的特点是:使用时的相互独立。

仍然要对每件家居产品进行独立操作显然还是有点麻烦,于是在人工智能自然语言处理技术逐渐成熟之后,人们最终选择了智能音箱作为统一的控制入口。把分散的智能家居产品联系起来,形成一个家庭范围内的物联网,可以说是智能音箱被赋予的特定使命。

而除了家庭物联网之外,还有许多其他的物联网环境,比如车联网。它们的一个相似特点是:在一个具体场景中,由一个入口或者中枢把场景范围之内的各种设备连接起来,从而形成一个整体。从这个角度来讲,人体倒是也挺符合这样一个特征。

我们知道,随着医疗器械的微型化,人体已经可以被植入大量的设备以进行指标检测或者功能维持,比如心脏起搏器、胰岛素泵、各种芯片、导管支架等,有的设备甚至需要在体内长期维持。在未来可能植入更多设备的情况下,人体很有可能将因此变得混乱而麻烦。

那么,有没有一种设备可以像智能音箱那样,将人体植入设备联系起来,从而构建一个“体联网”呢?

提高生存质量的人体植入设备,

还存在哪些不足?

目前人体植入设备分类有很多种,有植入类材料和器官,比如各种填充材料、器官辅助装置、植入性人工器官,有介入器材如各种导管导丝、管鞘等。在这些植入型设备中,以人工器官、辅助装置等内涵的电子元件最多,未来也可能会出现医疗微型机器人等更加先进的设备。

虽说这些植入性设备对提高人类的生存质量起到了很大的积极作用,但其也存在着一些不容忽视的问题。

第一,设备的电池问题。无线充电技术也仅仅是刚刚兴起,对这些植入性设备而言,穿过人体的皮肤或者肌肉进行无线充电显然更是一大难题。处于这个考虑,目前大部分功能性植入设备还是需要为电池预留空间,这也势必会增加设备的体积。

由此就会产生两个问题。电池终将会耗尽,届时就需要通过二次收入将设备取出再进行重新安装,无疑会增加患者的痛苦。另一方面,人体为了自我保护,往往会产生排异反应,植入物体积越大,其有可能产生的排异问题也就越多,比如肌肉红肿、坏死等。

第二,设备的数据控制问题。随着技术的发展,越来越多的植入性医疗设备上都加载了很多电子元件以进行远程数据的交换和控制,以便能够即时或定期获得设备的运行情况、人体的相关数据。如果一个人身上只有一件心脏起搏器或者胰岛素泵也就无所谓了,但是如果患者身上植入了多个设备呢?

这就有点像独立式的智能家居产品了。未来的人体植入设备可能并不仅仅是如以上两个产品的救命和维持生命之需,还可能会是植入用来检测体温、血糖、血液成分等不同类型的芯片,以进行实时的身体指标数据的检测,甚至是为了满足自己的某种爱好或特殊需求而植入,比如在后脑勺植入个相机、在头顶植入个天线什么的。

当人体逐渐由纯粹的血肉之躯,变成“半机械化”,可能我们就需要有一个统一的大脑对其进行全面掌控了。不然的话,一个设备对应一个APP,一个一个翻,谁受得了?

IVN能给我们带来什么?

由麻省理工学院、哈佛医学院和布里格姆女子医院的研究者们研发的IVN(In-Vivo Networking,体内联网系统)将可能对体内设备供电和通信提供一个绝佳的解决方案。

IVN由两部分组成,一个是体外无线电波发射基站,另一个则是体内植入设备。

在充电这一方面,由于人体肌肉的阻挡,普通的无线充电方式往往还没有进到设备就被分散了。IVN则通过天线阵列发射不同频率的无线电波,来对植入设备进行供电。当在某一个点,发射的电波频率同时达到最高点的时候,其就能够突破为设备供电所需的能量阈值。这就使与之搭配的植入设备实现无线充电提供了可能。

而这个专门研发的植入设备,目前为止仅仅只有一粒米般大小。

那么,按照研究人员的设想,以后所有的体内植入设备都可以将电池去掉,直接采用这种设备来进行无线供电。当然,要实现这种操作,该无线充电设备还应该再小一点才可以。本来目前的植入电池体积就已经很小了,如果比电池还要大,或者两者大差不差,那其意义就要打个折扣了。

而IVN的作用并不仅仅是进行无线充电,它还兼具了其他功能。

首先,设备可以被安装在智能药丸里面,进行控制性释放药物治疗疟疾、阿兹海默症等疾病。其次,其可以被单独拿来或者附着在其他植入性设备上来进行各种身体器官的数据监测,比如肠道细菌、血糖等,并将这些数据发送到体外接收设备进行分析。同时其还可以与脑部的刺激器结合起来治疗帕金森、癫痫等。

这里引起我们注意的就是对身体器官数据的检测。也就是说,在通过该设备充电的时候,其他植入装置可以将数据直接存储到该设备,然后将所有的数据统一传输到外界。这样造成的结果就是,原来医生只能拿到心脏起搏器的数据进行单独分析,而现在是可以同时接收到体内所有相关的数据,然后进行综合分析,从而对身体数据全面评估。

那么由此激发的想象力是:如果在该系统中加入人工智能的模块,身体各个部位的设备数据在进行汇总之后即立刻可以的出来一个基本的评测,将大大减轻医生的工作量,也更有助于患者的个人健康。

从这个角度上来说,IVN实际上是把几乎所有的体内装置给连接起来,形成了一个体内植入物的联网。

当然,这项技术可能连最终成熟地进行无线充电都需要好几年,要想形成对人体植入设备的大连接,需要的时间会更久。但它至少,让我们看到了这种可能性。

体联网固然美好,但安全更重要

那么,作为一项尚且躺在论文里的新尝试,IVN的成熟应用也面临着一些问题。

首先,人体对电波的分散仍然是技术攻关的难点。也就是说,无线信号在穿过人体的时候会迅速地衰减,以至于微弱的的信号很难对植入设备如传感器等供电。目前,研究人员在一些哺乳类动物,尤其是猪的身上已经进行了相关测试,比如猪的皮肤以下以及猪胃内10厘米深的地方。在皮肤表层,其可以实现38米的供电距离;而在10厘米的猪胃,则只能实现1米之内的供电。如果以后对人体供电的话,1米的距离显然存在很大的局限性。

其次,植入设备与其他植入装置的数据交换问题。就像不同品牌的智能音箱对不同品牌的智能家电产品的控制会有差别一样,医疗植入装置也是由不同的数据传输方式的。适配无线充电不是什么大问题,但要想把不同厂家生产的不同装置的数据进行统一,就需要制定相关的协议了。毕竟数据对产品和厂家是非常敏感的,要把这些东西都交给一个中枢进行处理,肯定要涉及数据开放的问题。如果这个问题处理不好,IVN想要打造一个“体联网”恐怕任重而道远。

最后,要更加注意采取安全防范措施。以前黑客可能入侵心脏起搏器或者胰岛素泵,通过对某一个器官装置的干扰来达到绑架的目的。而现在如果把所有的装置都连接在一起,一旦被黑客入侵,其就不是一个两个器官的问题,而是对整个人的所有情况了如指掌。就像智能家居被人控制之后搞恶作剧一样,黑客掌握了对人的体内植入设备的控制,简直就相当于对此人的全面接管,真的是可以为所欲为。

也许现在谈体联网还为时尚早,毕竟体内植入设备目前仍然是以医疗为主要领域,且涉及电子设备的产品一般都价格比较昂贵,因此受众面并不大。但随着技术的进步,设备植入在未来将可能成为人们的普通日常。那么尽早给这些设备做个统一的连接点,也算是未雨绸缪吧。

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