楊陽

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

什么是可植入設備？

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

與普通消費電子類產(chǎn)品不同，可植入設備一旦出現(xiàn)故障和危險，只能通過手術取出更換。一些可植入設備，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，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，這對設計人員的要求非常高。

小身材，大用途

可植入設備并非一項全新的研究。1998年，英國倫敦瑞丁大學研究控制論（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，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)用跟蹤設備。VeriChip只有一粒大米大小，里面載入譯成代碼的各種信息，當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，可植入設備主要應用于醫(yī)學領域，是生物醫(yī)學工程領域的前沿高端產(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、皮膚的溫度等關鍵數(shù)據(jù)。這些指標有助于專業(yè)研究人員跟蹤佩戴者的健康情況。

德國弗萊堡大學的研究人員也研發(fā)了一款微型設備。這款設備包裹在迷走神經(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)實生活中普遍應用。能恢復失明病患視力的視網(wǎng)膜植入設備等也紛紛揭開神秘面紗……

不過，可植入設備的價值還遠不止于此，不僅在醫(yī)療領域，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備重要的應用之一。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，一個超薄的細須露在套外，當使用者面朝北方時，這一細須便會被激活，輕微刺激皮膚以便感知方向。

未來，我們甚至可能把手機嵌入牙齒，這就可以讓你和你的手機形影不離，不必再飽受遺忘或丟失手機的煩惱了。2002 年，麻省理工大學歐洲媒體實驗室把微型手機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博物館展出過，而且目前也未投入使用，但如此大膽的設想足以吸引人們的眼球了。

可植入設備安全嗎？

經(jīng)過多年的研究，業(yè)界專家普遍認為可植入設備是可行的，“但由于外科手術水平和個體差異的影響，對于植入式電子設備，任何醫(yī)療設備都不能保證 100%的安全”。據(jù)中科院深圳先進技術研究院醫(yī)用芯片設計室的專家們介紹，可植入設備是一個多學科交叉的研究領域，涉及到生物醫(yī)學工程、微電子學、醫(yī)學等，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)，可植入設備是很安全的”。

可植入設備面臨的阻礙

炫酷的可植入設備雖然從不同層面為人們的生活提供了便利，但是可植入技術的推廣還面臨著一系列的問題。制約其發(fā)展的關鍵難題——充電問題，就足以令可植入設備看似明朗的發(fā)展前景蒙上一絲陰影。要廣泛地使用這項技術，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?，使之能夠和遠距離設備交互數(shù)據(jù)。

同時，可植入設備還有一個最令人擔心的問題，就是植入電極長期刺激周圍細胞組織導致細胞組織改變，從而導致電極與周圍組織的信號傳遞出現(xiàn)問題甚至會影響到人體的健康。這個問題必須得到妥善解決。

盡管面臨重重困難，可植入設備的發(fā)展前景依舊光明。從提高生活質(zhì)量以及人機交互的效率和便利性出發(fā)，可植入設備在未來的應用前景十分廣闊。隨著相關應用技術的進一步發(fā)展，可植入設備必將有更自由的發(fā)展空間，在未來走得更遠。

【責任編輯】趙新宇