сли вы хоть раз измеряли температуру инфракрасным сканером на лбу или обычным электронным градусником во рту, то знаете проблему: показания с поверхности тела редко отражают реальную внутреннюю температуру. Существующие медицинские зонды-таблетки измеряют тепло внутри точно, но проглотить такую капсулу — всё равно что съесть увесистый электронный кирпич. Они слишком крупные, с трудом проходят по пищеводу и создают реальный риск непроходимости желудочно-кишечного тракта.
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) полностью убрали лишний объём. Они создали рабочую проглатываемую термокапсулу размером всего 6 на 4 миллиметра. Она настолько мала, что её можно проглотить без малейшего риска застрять в кишечнике.
Утечка энергии на службе сверхточности
Миниатюризация датчиков обычно упирается в вес батарейки и размеры микросхем. Команда MIT обошла это ограничение, превратив известный недостаток электроники в главный инструмент измерения. В любых кремниевых чипах существует подпороговый ток утечки — паразитный микроток, который течёт по цепям даже в выключенном состоянии. Вместо того чтобы тратить энергию аккумулятора на борьбу с этой утечкой, инженеры разместили на чипе площадью 1 мм² крошечный генератор колебаний, который измеряет её точную частоту.
Поскольку частота утечки меняется строго пропорционально температуре тела, кремниевый чип размером 1 мм² непрерывно выдаёт показания с точностью до 0,01 °C. При этом система почти не расходует заряд крошечной дисковой батарейки на 1,55 В.
Чтобы сохранить капсулу сверхкомпактной, самые энергоёмкие задачи вынесли за пределы организма. Таблетка работает по принципу пассивного радиочастотного обратного рассеяния: внешняя антенна направляет сверхвысокочастотный радиосигнал в тело, антенна внутри капсулы модулирует его, а отражённый сигнал возвращается наружу. Внешний приёмник расшифровывает эти волны и в реальном времени рассчитывает малейшие изменения внутренней температуры.
«Такой датчик позволяет непрерывно отслеживать инфекции и выявлять их на ранних стадиях».
Как отметил Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения и один из ведущих авторов работы (наряду с проректором MIT Анантой Чандракасаном), постоянный поток данных меняет подход к мониторингу пациентов из групп риска. Ведущий автор разработки Саранш Шарма, работавший в MIT, а ныне перешедший в Кембриджский университет, подтвердил: это самая компактная капсула для измерения внутренней температуры тела из когда-либо созданных.
Практический контроль без громоздких приборов
Разработка не останется лабораторным экспериментом на страницах научных журналов. Авторы ориентируются на повседневные практические задачи: мониторинг жара у маленьких детей, ранее выявление послеоперационных инфекций до появления явных симптомов, контроль состояния пациентов под наркозом и отслеживание циклов овуляции. Кроме медицины, мини-капсула станет безопасным беспроводным датчиком для спортсменов и рабочих на опасных производствах с риском теплового удара.
Внешние термометры всегда дают погрешность, когда важна абсолютная точность. Уменьшив капсулу до габаритов 6 на 4 миллиметра, MIT устранил физические риски проглатываемой электроники и обеспечил клиническую точность измерений прямо изнутри тела.