Denne artikkelen er levert av Titan.uio.no, en nettavis utgitt av Universitetet i Oslo (UiO).
Ørsmå databrikker er på full fart inn i kroppen vår og ut i verdensrommet. Noen av dem designes i UiO-laboratoriene.
– Jeg pleier å si at jeg jobber med de to største uløste gåtene i verden. Nemlig verdensrommet og nervesystemet. Det som er bra med det, er at vi i stor grad kan bruke den samme elektronikken, sier informatikkprofessor Philipp Häfliger.
Han trekker fram at kravene til elektronikken er svært like. Den må være svært liten både i volum og vekt. Den må bruke minimalt med energi, være effektiv og ha avansert funksjonalitet.
Røffe omgivelser
I tillegg må den tåle røffe omgivelser, for eksempel som implantat i en menneskekropp eller kunne sendes ut i verdensrommet for å samle data.
Häfliger har blant annet ansvaret for å designe elektronikken i tre tverrfaglige toppforskningsmiljøer ved UiO hvor helse, biologi og verdensrommetstår i fokus:
- CINPLA: Centre for Integrative Neuroplasticity er et senter for hjerneforskning, hvor forskere innen nevrobiologi, matematikk, fysikk og informatikk deltar.
- 4DSpace: Studerer turbulens og ustabilitet i ionosfæren. Har deltakere innen fysikk, informatikk og matematikk.
- Organ-on-a-chip: Har som mål å utvikle en «organ på en brikke»-plattform. Målet er å forstå og teste ulike fysiologiske funksjoner og nye behandlinger. Deltakerne er fagpersoner fra medisin, fysikk, informatikk og kjemi.
Nanometernivå
Häfligers gruppe designer og tester integrerte kretser i CMOS-brikker på nanometernivå. CMOS er en teknologi som er godt egnet til å lage kretser med lav energibruk.
Det handler om intelligent elektronikk på 2-4 kvadratmillimeter, blant annet ulike helseformål.
Häfliger og andre forskere har blant annet jobbet med utvikling av en blodsukkermåler på størrelse med et fyrstikkhode som kan opereres inn i håndleddet.
Han har også samarbeidet med Sunnaas sykehus og SINTEF om en trykkmåler for urinblæren, noe som ikke minst vil være nyttig for mennesker som er lammet i underkroppen. Trykkmåleren skal kunne melde fra når det er på tide å tømme blæren.
Brikker i hjernen kan løse kroppens gåter
Det foregår også en rekke andre prosjekter, for eksempel utvikling av øreimplantater som stimulerer den delen av sneglehuset (cochlea) som gir lyd til nerveceller.
– Også i hjernen kan man se for seg at intelligente brikker tidlig skal kunne se spor av sykdommer og bidra til å helbrede dem, som alzheimer og epilepsi. Dette vil kunne bedre livskvaliteten for pasienter og spare helsevesenet for store summer.
– Vil vi alle om noen år gå rundt med unike elektroniske chiper i kroppen?
– Ja, det blir i alle fall mer og mer av det. Nå er jo ikke det med implantater helt nytt. Det er en god stund siden vi fikk pacemakere.
– Men det er klart framtidas implantater vil være mye mer effektive og ha lavere energiforbruk, sier Häfliger, som understreker at det også må lages systemer som håndterer og analyserer dataene.
Immunforsvaret det største problemet
– Det gjør at legene får bedre data om pasientene. For eksempel trenger ikke pasientene møte opp på legekontoret for sjekk av blodsukkernivået hos pasienter hvor dette er kritisk. Målet er også at folk i større grad skal kunne overvåke sin egen helse med denne teknologien.
Den største utfordringen han ser, er immunforsvaret.
– Hvordan skal vi unngå at kroppen støter ut disse implantatene? Kroppen er jo ikke så glad i fremmedelementer. Derfor er det viktig å utvikle materialer som er kompatible med kroppsvev. Flere forsker på dette, sier han og påpeker at blant annet forskere ved Odontologisk institutt jobber med biomaterialer.
– Vi ser at elektronikken stort sett fungerer i prosjektene, men at sensorene over tid ødelegges av kroppens enzymer. Chipen må også være helt ren, alle bakteriene må drepes før den settes inn.
Kjemi og elektronikk
Det handler mye om å kombinere kjemi og elektronikk. Häfliger tror på en rivende utvikling innen såkalt biokompatibel elektronikk fem til ti år frem i tid.
Målet for 4DSpace-prosjektet er å studere og forstå turbulens og ustabiliteter i ionosfæren i rom (3D) og tid.
Ionosfæren er den delen av jordens atmosfære som strekker seg 60 til 150 kilometer fra jordoverflaten. Ionosfæren er elektrisk ledende, det vil si at gassen er ionisert og inneholder frie elektroner og ioner (såkalt plasma)
Chiper i verdensrommet
For å gjøre målinger og samle data, ønsker forskerne å sprøyte små chiper ut i verdensrommet. Disse utvikles av Häfligers forskningsgruppe og blir utstyrt med et innebygget system med flere komponenter og mikrosatellitter.
Så langt har det vært prøveoppskytinger - en rakett som skyter ut seks sensorplattformer. Disse er på størrelse med en litt stor hockey-puck. På lengre sikt håper man å kunne skyte chiper på størrelse med riskorn ut i verdensrommet.
– Og selvfølgelig må de i likhet med implantater i kroppen være energieffektive og tåle mye. Det er barske forhold i universet, sier Häfliger.
