楊陽

當(dāng)人們還普遍認(rèn)為谷歌眼鏡等可穿戴智能設(shè)備會是下一個消費熱點的時候，可植入設(shè)備已悄然來襲且漸行漸近。

什么是可植入設(shè)備？

可植入設(shè)備是指需要通過手術(shù)植入人體或動物體內(nèi)的電子設(shè)備，例如心臟起搏器、人工耳蝸、腦神經(jīng)刺激器、動物標(biāo)簽等。可植入設(shè)備主要由傳感器、微型芯片和精密機(jī)械部件等組合而成。微型芯片幾乎是所有可植入設(shè)備必備的元件之一。

與普通消費電子類產(chǎn)品不同，可植入設(shè)備一旦出現(xiàn)故障和危險，只能通過手術(shù)取出更換。一些可植入設(shè)備，例如人工耳蝸，植入后會和人體組織結(jié)合在一起，所以是不易更換的。因此，可植入設(shè)備在整個生命周期內(nèi)都不能出現(xiàn)故障，所以對可靠性、安全性有極高的要求。核心的微控制芯片除了具備所要求的基本功能外，還需要采用各種安全加固技術(shù)，保證硬件的安全性和可靠性以及軟件的穩(wěn)定性。這樣的芯片一般不會采用市場上通用的商用微處理器，而是需要專門研發(fā)定制，這對設(shè)計人員的要求非常高。

小身材，大用途

可植入設(shè)備并非一項全新的研究。1998年，英國倫敦瑞丁大學(xué)研究控制論（對信息傳遞和控制的研究，尤其涉及人及動物大腦與機(jī)器及電子裝置的差異）的教授布雷恩·沃里克就曾經(jīng)將一枚芯片植入自己的胳膊，他進(jìn)行這項實驗的目的是為了測試自己的電腦能否在樓內(nèi)無線跟蹤他的行跡。

據(jù)了解，美國應(yīng)用數(shù)據(jù)公司早在 2004 年 10 月就宣布，該公司研制的 VeriChip 芯片已獲得美國食品與藥物管理局批準(zhǔn)，可以將其用于醫(yī)療目的。VeriChip 是一種可植入人體內(nèi)的微型芯片，是一種醫(yī)用跟蹤設(shè)備。VeriChip只有一粒大米大小，里面載入譯成代碼的各種信息，當(dāng)附近的信息閱讀器掃描到芯片的時候，這種微型芯片就會發(fā)送出數(shù)據(jù)，醫(yī)生用一種特殊的讀取設(shè)備就能夠接收到芯片傳回的數(shù)據(jù)信息，比如病人的身份、血型以及健康狀況，從而加速治療過程。

目前，可植入設(shè)備主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的前沿高端產(chǎn)品。

例如摩托羅拉公司研發(fā)的“電子文身”，由超薄電極、傳感器、無線電源、電子元件和通信系統(tǒng)組成。這款產(chǎn)品目前可測量佩戴者的心率、血壓、皮膚的溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這些指標(biāo)有助于專業(yè)研究人員跟蹤佩戴者的健康情況。

德國弗萊堡大學(xué)的研究人員也研發(fā)了一款微型設(shè)備。這款設(shè)備包裹在迷走神經(jīng)周圍，通過刺激頸部神經(jīng)這一區(qū)域來刺激血壓的變化，從而達(dá)到降低血壓的效果。

此外，大家熟悉的心臟起搏器、腦神經(jīng)刺激器（也稱為腦起搏器，用于治療帕金森綜合癥或其他運動障礙，治療腦部病變等）、人工耳蝸等，均已經(jīng)在現(xiàn)實生活中普遍應(yīng)用。能恢復(fù)失明病患視力的視網(wǎng)膜植入設(shè)備等也紛紛揭開神秘面紗……

不過，可植入設(shè)備的價值還遠(yuǎn)不止于此，不僅在醫(yī)療領(lǐng)域，它在提升人類對外部世界感知能力層面也發(fā)揮著舉重若輕的作用。

比如，“讓你不迷路”的“左撇子”指南針就是可植入設(shè)備重要的應(yīng)用之一。這款名為“左撇子”的指南針的工作原理是：將一個超微型指南針封入一塊硅套內(nèi)，套上一個圓形的鈦合金外殼，隨后將其植入人體皮膚下。與此同時，一個超薄的細(xì)須露在套外，當(dāng)使用者面朝北方時，這一細(xì)須便會被激活，輕微刺激皮膚以便感知方向。

未來，我們甚至可能把手機(jī)嵌入牙齒，這就可以讓你和你的手機(jī)形影不離，不必再飽受遺忘或丟失手機(jī)的煩惱了。2002 年，麻省理工大學(xué)歐洲媒體實驗室把微型手機(jī)植入人的臼齒模型中，它能收到電臺和便攜式電話的數(shù)字信號。依照設(shè)計，人的顎骨將被轉(zhuǎn)化為天線，而整個頭顱成為信號的接收裝置。雖然牙齒的模型只是在倫敦科學(xué)博物館展出過，而且目前也未投入使用，但如此大膽的設(shè)想足以吸引人們的眼球了。

可植入設(shè)備安全嗎？

經(jīng)過多年的研究，業(yè)界專家普遍認(rèn)為可植入設(shè)備是可行的，“但由于外科手術(shù)水平和個體差異的影響，對于植入式電子設(shè)備，任何醫(yī)療設(shè)備都不能保證 100%的安全”。據(jù)中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)用芯片設(shè)計室的專家們介紹，可植入設(shè)備是一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，涉及到生物醫(yī)學(xué)工程、微電子學(xué)、醫(yī)學(xué)等，各方面的專家需要通力解決芯片體積大、電池壽命短、生物相容性以及免疫排斥反應(yīng)等問題。不過，可以明確指出的是，“在正常使用范圍和安全期限內(nèi)，可植入設(shè)備是很安全的”。

可植入設(shè)備面臨的阻礙

炫酷的可植入設(shè)備雖然從不同層面為人們的生活提供了便利，但是可植入技術(shù)的推廣還面臨著一系列的問題。制約其發(fā)展的關(guān)鍵難題——充電問題，就足以令可植入設(shè)備看似明朗的發(fā)展前景蒙上一絲陰影。要廣泛地使用這項技術(shù)，亟需研制出能夠?qū)⑷梭w能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾娫醇案呖萍夹酒?，使之能夠和遠(yuǎn)距離設(shè)備交互數(shù)據(jù)。

同時，可植入設(shè)備還有一個最令人擔(dān)心的問題，就是植入電極長期刺激周圍細(xì)胞組織導(dǎo)致細(xì)胞組織改變，從而導(dǎo)致電極與周圍組織的信號傳遞出現(xiàn)問題甚至?xí)绊懙饺梭w的健康。這個問題必須得到妥善解決。

盡管面臨重重困難，可植入設(shè)備的發(fā)展前景依舊光明。從提高生活質(zhì)量以及人機(jī)交互的效率和便利性出發(fā)，可植入設(shè)備在未來的應(yīng)用前景十分廣闊。隨著相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，可植入設(shè)備必將有更自由的發(fā)展空間，在未來走得更遠(yuǎn)。

【責(zé)任編輯】趙新宇