Die meisten Implantate — Herzschrittmacher, Insulinpumpen, Neurostimulatoren — arbeiten allein. Ein Team am Georgia Tech hat ein Netzwerkschema gebaut, das viele von ihnen koordinieren lässt, indem es elektrische Signale durch den Körper selbst statt über Funk sendet.
WARUM NICHT FUNK. Bluetooth Low Energy und NFC passen schlecht ins Gewebe, sagt Mitautor Alex Abramson. Bluetooth-Komponenten können die Batterielaufzeit eines Implantats im aktiven Zustand um bis zu 90 Prozent senken, und Funksignale werden stark gedämpft: Die Kommunikation von Implantat zu Implantat gerät jenseits von etwa einem Zentimeter Gewebe ins Stocken. Antennen erzwingen zudem Größe — kommerzielle Bluetooth-Teile brauchen Geräte von mindestens fünf Millimetern Breite, während Implantate unter drei Millimetern per Spritze in einer Ambulanz injiziert werden können statt chirurgisch eingesetzt.
WIE SWANS FUNKTIONIERT. Das in Science beschriebene System leiht sich die körpereigene Signalgebung: ionische Leitung, der Mechanismus von Neuronen. Ein tragbares Hub — eine flexible Leiterplatte, die Sensordaten liest, Entscheidungsalgorithmen ausführt und Impulse von bis zu 12 Volt abgibt — treibt ein Pflaster aus Edelstahl-Mikronadeln an, das diese Impulse an der schlecht leitenden äußeren Hautschicht vorbei abgibt. Per Spritze injizierbare Implantate tragen je zwei Empfangsflächen, einen Transistorschalter, eine Batterie und entweder einen Sensor oder einen Aktor wie einen Nervenstimulator. Die gesamte Intelligenz sitzt im tragbaren Teil, der mehr Platz und mehr Batterie hat; die Implantate bleiben klein und weitgehend passiv und ziehen beim Zuhören kaum Strom — mehr als 15-mal weniger als Bluetooth oder NFC.
DER KNIFfel LIEGT IN DER ADRESSIERUNG. Ein Spannungsimpuls breitet sich in alle Richtungen aus, Selektivität entsteht daher über Schwellenabstimmung: Der Transistor jedes Implantats schaltet nur, wenn ein Impuls eine bestimmte Kombination aus Stärke und Dauer überschreitet. Ein Widerstand vor dem Transistor erhöht die nötige Spannung; ein Kondensator verlangt, dass der Impuls lange genug dauert, um ihn erst zu laden. Die Autoren räumen im Paper ein, dass Schwellen für jeden Körper und jede Implantatposition einzeln abgestimmt werden müssen.
WAS DIE TESTS ZEIGTEN. In Schweinebauch mit Haut und Knochen erzeugte ein einzelner 10-Volt-Impuls einen nachweisbaren Spannungsgradienten über mehr als 30 Zentimeter Gewebe und bis zu 14 Zentimeter Tiefe — mehr als das Zehnfache der Reichweite von Bluetooth oder NFC. In lebenden Ratten erreichten Signale Implantate unter der Haut, in der Bauchhöhle und im Magen; ein auf dem Magen platziertes Hub steuerte ein Implantat am Rücken an. Der fortgeschrittenste Versuch nutzte Dehnungssensoren an den Vorderbeinen der Ratten: Eine Bewegung löste einen gliedmaßenspezifischen Impuls aus, der das passende Implantat am Hinterbein erreichte, den Ischiasnerv stimulierte und das Bein zucken ließ. Ein Relais-Implantat gab ein Signal nur dann an ein zweites weiter, wenn ein Temperatursensor Fieber über 40 °C meldete.
GRENZEN UND SICHERHEIT. SWANS überträgt konstruktionsbedingt wenig Daten; gedacht ist es für Schlüsselwerte wie eine Temperaturmessung, nicht für Datenströme. An großen Tieren oder Menschen wurde es nicht getestet, doch das Team nennt vorläufige Großtierarbeiten vielversprechend. Eine zweimonatige Rattenstudie fand Narbengewebe bis zu einem Millimeter Dicke, das die Forscher durch Anheben der Spannung im sicheren Bereich umgingen; die Impulse stimulierten keine ungezielten Nerven, veränderten die elektrische Herzaktivität nicht und verursachten nicht mehr Zelltod oder oxidativen Stress als nicht elektrifizierte Implantate. Da das Protokoll gegenüber Sensor oder Aktor agnostisch ist, argumentieren die Autoren, lasse es sich an bestehende Implantate anflanschen — etwa eine Medikamentenpumpe mit einem Neurostimulator für Erkrankungen wie Epilepsie verbinden, die heute von völlig getrennten Geräten betreut werden.
