Алмазы из ядерных отходов смогут десятилетиями питать имплантаты из искусственных нейронов

Искусственные нейроны Axorus могут лечить целый ряд заболеваний при интеграции в различные системы организма

29 мая 2022, воскресенье 14:45

Компании Arkenlight и Axorus объединились для создания прототипа первого искусственного нейрона, питающегося от алмазной бетавольтаической батареи, изготовленной из ядерных отходов. Цель - разработать имплантаты медицинского класса с источниками энергии, которые будут работать без подзарядки десятилетиями.

Искусственные нейроны Axorus могут лечить целый ряд заболеваний при интеграции в различные системы организма. Axorus

СМИ ранее уже подробно рассказывали о технологии алмазных бетавольтаических батарей Arkenlight. Вкратце, эта компания была создана исследователями из Бристольского университета, которые придумали способ отбора радиоактивных отходов с атомных электростанций (в частности, углерода-14) путем их переработки в алмазы. Такие искусственные минералы могут собирать бета-частицы или высокоэнергетические электроны и превращать их в полезную электроэнергию.

В зависимости от периода полураспада конкретного изотопа бетавольтаические батареи будут генерировать энергию в течение чрезвычайно долгого времени - некоторые из них могут быть рассчитаны на десятилетия, другие - на тысячи лет. И несмотря на то, что они сделаны из радиоактивных ядерных отходов, по утверждениям Arkenlight, они "совершенно безопасны для использования вблизи или даже внутри человеческого тела, поскольку бета-излучение такого рода не проникает далеко в ткани, а чрезвычайная твердость алмазной структуры делает ее почти невозможной для разрушения ".

Атомная алмазная батарея Arkenlight на стадии опытного образца. Arkenlight

В последнее время Arkenlight сотрудничает с французской компанией Axorus, чтобы изучить возможность использования бетавольтаических микробатарей для питания искусственных нейронов, которые разрабатывает Axorus.

По замыслу, эти искусственные нейроны должны встраиваться в нервную систему пациента и выполнять различные функции, основанные на их способности общаться с биологическими нейронами, "слушать" сигналы, посылаемые другими нейронами и другими системами, и посылать собственные сигналы, когда это необходимо. "Это КМОП-технолгия, в 1 000 раз более энергоэффективная и в 10 раз более компактная, чем биологический нейрон", - утверждается на сайте компании. "Его очень высокая чувствительность делает его идеальным решением для медицинских имплантатов".

Подобные искусственные нейроны можно встраивать в нервную систему там, где это необходимо. Они могут считывать сигналы с биологических нейронов, принимать сигналы от внешних систем, а затем посылать электрические сигналы обратно в нервную систему. Axorus

В Axorus рассчитывают найти самые разные способы использования подобных устройств. В настоящее время компания разрабатывает искусственную сетчатку, в которой несколько искусственных нейронов соединены с фотодиодами, создавая матрицу "пикселей", которые могут считывать входящий свет и посылать электрические сигналы в мозг через зрительный нерв. Разработанная для пациентов, страдающих возрастной макулярной дегенерацией, искусственная сетчатка позволит вернуть людям зрение в центральной части глаза, пусть даже сначала только в черно-белом варианте.

Такая искусственная сетчатка будет питаться от окружающего света, но Axorus ищет решения для ее питания в ночное время. Кроме того, компания планирует использовать искусственные нейроны в мозге, эндокринной системе, кишечнике и мочевыводящей системе, где они смогут потенциально лечить всевозможные расстройства и где для их питания не будет другого источника энергии.

Крошечная, безопасная бетавольтаическая батарея, работающая десятилетиями, могла бы идеально подойти для этих устройств, поэтому Axorus и Arkenlight объединили свои усилия, чтобы создать доказательство концепции: первый искусственный нейрон, питающийся от тритиевого радиоволнового микроэлектрогенератора. Вот он.

Прототип тритиевой бета-батарейки Arkenlight (черная коробка), питает искусственный нейрон Axorus, (светящийся круг света), в рамках экспериментальной концепции, которая, как надеются обе компании, приведет к созданию медицинского имплантата. Arkenlight

Яркое светлое пятно в верхней части снимка- это сам нейрон, а громоздкая черная коробка внизу - бета-батарея. Если она кажется вам слишком большой, чтобы поместиться в глазном яблоке, не волнуйтесь: финальный вариант тритиевой батареи Arkenlight представляет собой квадрат 4x4 мм толщиной менее 50 микрон. Хотя окончательная мощность и ожидаемый срок службы еще не определены, компания заявляет, что рассчитывает на то, что они будут генерировать микроватты энергии в течение десятилетий.

Но до этого пока еще далеко. "Несмотря на то, что мы уже производим алмазы, путь к минимально жизнеспособному продукту требует множества итераций в совершенствовании рецепта и процесса для обеспечения максимально возможной плотности мощности. На этом пути нам необходимо провести большое количество испытаний, чтобы определить и обеспечить стандарты для устойчивого производства и безопасности. Это не тривиальные задачи, требующие много времени и усилий. До появления коммерчески доступного продукта еще несколько лет, но мы работаем с первыми клиентами (такими как Axorus), чтобы согласовать наши усилия с их потребностями. Такие виды сотрудничества на ранних стадиях исследований являются типичными и очень полезными, поскольку они способствуют разработке продукта и, как правило, заканчиваются коммерческими отношениями", - сообщил генеральный директор Arkenlight Морган Бордман.

Тем не менее, компания не теряет надежды и рассчитывает что к 2024 году ей удастся выпустить на рынок готовый продукт, и если она конечно докажет, что эти батареи действительно безопасны и надежны и человеческого организма.

Посмотрите видео о технологии искусственной сетчатки и нейронов Axorus ниже.