Інженери з США і Великобританії розробили систему, що дозволяє визначати місце розташування спеціальних електронних міток всередині тіла з точністю 1,27 сантиметра. Система працює за рахунок відображення імплантованим пристроєм зовнішнього радіосигналу, завдяки чому пристрій може використовувати більше енергії для інших потреб, наприклад, роботи своїх датчиків, розповідають розробники в статті, яка буде представлена на конференції SIGCOMM 18.
На сьогодні розробляється безліч автономних медичних пристроїв, призначених для роботи всередині тіла. Наприклад, нещодавно фахівці з США створили ковтаний датчик зі світлими бактеріями, який в реальному часі відстежує наявність крові в кишечнику. Але крім виконання основної функції в деяких випадках необхідно відстежувати і положення самого датчика в організмі. У випадку з датчиком для визначення речовин у кишківнику, наприклад, важливо знати, де саме сталася кровотеча.
Дослідники пропонували для цього різні підходи, в тому числі активне випромінювання сигналу датчиком, яке вимагає ємного і компактного акумулятора, або відображення зовнішнього сигналу. В обох випадках одна з головних проблем полягає в тому, що при проходженні через кілька сантиметрів різних тканин сигнал змінює свій напрямок, що ускладнює точну локалізацію. У випадку з пасивними датчиками завдання додатково ускладнює те, що сигнал, відображений від шкіри, має значно більшу інтенсивність, ніж сигнал від датчика.
Група інженерів під керівництвом Діни Катабі (Dina Katabi) з Массачусетського технологічного інституту створила систему відстеження положення датчика всередині тіла, здатну фільтрувати сигнал від шкіри, а також відновлювати вихідне положення датчика після відхилення сигналу при проходженні через тканини. Робота системи заснована на двох принципах. По-перше, інженери змогли компенсувати різницю інтенсивності сигналів від шкіри і датчика в тілі, сконструювавши схему датчика таким чином, щоб відображений від нього сигнал відрізнявся по частоті, причому нелінійно. По-друге, автори створили модель розповсюдження сигналу через різні тканини тіла, яка досить точно збігається з реальним розповсюдженням сигналу.
Створена дослідниками модель поширення сигналу розбиває тіло на середи двох типів, умовно приймаються за засновані на воді (наприклад, м'язи) і жир. Крім того, модель передбачає, що тканини, які чергуються, можна «переставити» місцями, щоб тіло можна було прийняти за всього два сегменти з матеріалів з різним відхиленням сигналу. Дослідники створили функцію, яка на основі безлічі змінних дозволяє спрогнозувати товщину шарів жиру і м'язів, і після цього вирахувати місце розташування джерела відображеного сигналу.
Розробники вирішили використовувати дві вихідні частоти, які після потрапляння на датчик утворюють сигнали з новими частотами, що дозволяють відокремити їх від сигналів, відображених від шкіри. Як робочі частоти інженери використовували 830 і 870 мегагерц, які після потрапляння на датчик утворюють сигнали з частотами 910 і 1700 мегагерц. Вони провели серію експериментів на декількох модельних тканинах. Спочатку дослідники проводили тести на курці і тканинах свині, всередині яких був розміщений датчик. Крім того, вони створили з поліетилену, агарози, рослинних олій і желатину модель, яка за електромагнітними властивостями може служити імітацією жирової і м'язової тканин людини.
Експерименти показали, що медіанна помилка визначення місця розташування датчика в моделі людських тканин становить 1,27 сантиметра, а максимальна - 1,8 сантиметра. Ставлення сигналу до шуму склало від 11 до 16,5 децибел.
Технологія, розроблена інженерами, може стати в нагоді в багатьох медичних пристроях, що відстежують процеси всередині тіла. Наприклад, нещодавно американські дослідники випробували на людях ковтаний датчик, що відстежує концентрації декількох газів у кишечнику. Передбачається, що такий пристрій дозволить діагностувати захворювання шлунково-кишкового тракту на ранніх стадіях.