Mạng không dây chạy qua chính cơ thể người

Một hạt nhỏ hơn hạt gạo nằm trong người một con chuột nhận ra chân trước của nó vừa cử động. Hạt ấy không có dây, không có ăng ten, cũng không bắt Bluetooth với ai. Vậy mà chỉ một nhịp sau, một hạt khác nằm tận chân sau nhận được tin, rồi làm cơ ở đó co lại, đúng như khi con vật đang bước đi bình thường. Tin nhắn giữa hai hạt ấy đã đi qua đâu?

Nó đi qua chính thịt của con chuột.

Đó là thí nghiệm của một nhóm kỹ sư ở Georgia Tech, vừa công bố trên tạp chí Science. Họ gọi hệ thống của mình là SWANS, viết tắt của Smart Wireless Autonomous Networking System, tạm hiểu là hệ mạng không dây tự hành thông minh. Ý tưởng gọn đến mức nghe hơi lạ: nếu cơ thể vốn đã dẫn điện được, thì cứ dùng nó làm sợi dây mạng.

Nó là cái gì

Hãy hình dung những hạt bé xíu, mỗi hạt nhỏ hơn 3 mi li mét, tức là khoảng một phần tám inch, nhỏ hơn cả một hạt ngô. Nhỏ tới mức đưa vào cơ thể được bằng một mũi kim tiêm, không cần mổ.

Trong mạng ấy có hai loại việc. Loại thứ nhất là cảm biến (sensor), làm nhiệm vụ nghe ngóng: có chuyện gì đang xảy ra trong cơ thể không. Loại thứ hai là bộ kích hoạt (actuator), làm nhiệm vụ ra tay: kích thích một dây thần kinh, hoặc nhả thuốc ra. Ngoài ra còn một thiết bị đeo (wearable) ở ngoài người, đóng vai trạm trung tâm, lo phần tính toán nặng và phần điều phối.

Các hạt bên trong nói với nhau bằng những xung điện rất nhẹ chạy qua mô. Chúng làm bằng linh kiện điện tử thụ động (passive electronic components), nghĩa là khi chờ thì gần như không tiêu thụ điện chút nào, nhưng khi có xung đúng loại gọi tới thì thức lên và hành động ngay.

Trước đây người ta làm thế nào

Muốn hai thiết bị nói chuyện không dây, cách quen thuộc là Bluetooth hoặc NFC, kiểu như tai nghe nối với điện thoại, hay thẻ xe buýt áp vào máy quét. Vấn đề là cơ thể người chặn những tín hiệu đó lại rất tốt. Theo Alex Abramson, phó giáo sư ở School of Chemical and Biomolecular Engineering thuộc Georgia Tech và là tác giả chính của nghiên cứu, cơ thể chúng ta cản các tín hiệu không dây truyền thống ấy.

Kéo theo đó là một vòng luẩn quẩn. Muốn tín hiệu đi xuyên được thì cần ăng ten lớn và nhiều điện năng. Ăng ten lớn cộng pin lớn thì thiết bị cấy (implant) phải to. Thiết bị to thì khó đặt sâu, khó đặt nhiều chỗ, và cần mổ chứ không tiêm được. Thành ra từ trước tới nay, các thiết bị trong người hầu như làm việc một mình, hoặc phải nằm gần nhau, nối với nhau bằng dây.

Cơ thể bạn thì làm được chuyện ngược lại mỗi ngày: hệ thần kinh nối tay với chân, mắt với não, ruột với não, không thiếu chỗ nào. Nhóm nghiên cứu muốn thiết bị của họ nối với nhau y như vậy.

Nó hơn ở điểm nào

Mẹo nằm ở tính dẫn ion (ionic conductivity) của mô. Cơ thể bạn chứa rất nhiều nước và muối, nên nó dẫn điện được. Thay vì phát sóng, mỗi hạt gửi một xung điện qua mô, và mô chính là đường truyền.

Nhưng nếu cả mạng đều nghe được mọi xung thì nhắn cho một hạt sẽ làm tất cả cùng nhảy lên. Cách nhóm nghiên cứu giải bài này giống như đặt mật khẩu: mỗi hạt được lập trình chỉ đáp lại xung có điện áp và độ dài đúng như đã hẹn trước. Xung nào không khớp thì hạt ấy cứ ngủ tiếp.

Vì tin nhắn chỉ cực ngắn, kiểu có hay không, đúng hay sai, nên tốn rất ít điện. Đó mới là chỗ đáng chú ý nhất về con số. Nhóm nghiên cứu đo được rằng một bộ kích hoạt nhỏ, nếu chạy mỗi ngày một lần, ước tính dùng được khoảng một năm mới cần thay. Họ cũng kiểm trên mẫu mô và báo cáo rằng những xung điện nhỏ ấy không làm tổn thương mô.

Lợi ích thật sự thì Abramson nói gọn thế này: bây giờ bạn có thể đặt cảm biến ở chỗ tốt nhất để bắt tín hiệu sinh học, và đặt bộ kích hoạt ở chỗ tốt nhất để can thiệp, mà hai chỗ đó không cần nối dây, không cần thẳng hàng, cũng không cần ở gần nhau. Ông gọi đây là một bước tiến lớn trên đường tới y học điện tử sinh học cá nhân hoá, tức là chữa bệnh bằng thiết bị điện tử, đo riêng cho từng người. Ramy Ghanim, nghiên cứu sinh tiến sĩ và là tác giả thứ nhất, nói tự động hoá giúp kết quả điều trị tốt hơn và làm đơn giản phác đồ cho người bệnh.

Còn vướng ở đâu

Đây chưa phải thứ có thể mua được. SWANS là một bản mẫu (prototype) trong phòng thí nghiệm, và ca thử duy nhất được báo cáo là trên một con chuột, không phải trên người. Từ một con chuột đi bộ tới một bệnh nhân thật còn rất nhiều năm kiểm nghiệm.

Con số một năm tuổi thọ cũng cần đọc cho đúng: đó là số ước tính suy ra từ thí nghiệm, chứ không phải nhóm nghiên cứu đã theo dõi một thiết bị chạy đủ trọn một năm rồi mới nói. Tương tự, khi nguồn tin nói phương pháp này có thể mở rộng cho nhiều thiết bị khắp cơ thể, kể cả sâu trong dạ dày, thì đó là lời nhận định, không kèm số đo cụ thể.

Còn một hạn chế nằm ngay trong thiết kế: mạng này chỉ chở được lượng dữ liệu bé xíu. Nó nói được "có" hoặc "không", chứ không gửi được hình ảnh hay bảng số. Mọi việc nặng vẫn phải nhờ thiết bị đeo bên ngoài, nghĩa là bạn không tháo cái đó ra được.

Và một điều nên nhớ mỗi khi đọc tin về phát minh: bản tin đầu tiên thường do chính nơi làm ra thiết bị viết. Nghiên cứu này có ghi rõ nguồn để ai muốn kiểm thì kiểm được: Ramy Ghanim và cộng sự, Science (2026), DOI 10.1126/science.adz5300, với các cộng tác viên W. Hong Yeo, Yoon Jae Lee ở Georgia Tech, cùng Aristide Gumyusenge và Camille Cunin ở MIT.

Một câu hỏi và một việc thử

Nếu cơ thể bạn có một mạng riêng như vậy, bạn muốn nó tự lo việc gì mà không cần hỏi bạn? Và ai nên được quyền gửi tín hiệu vào đó?

Việc thử tại nhà rất dễ: áp tai vào mặt bàn gỗ, rồi nhờ người ngồi đầu bàn kia gõ nhẹ hoặc nói thầm vào mặt bàn. Bạn sẽ nghe rõ hơn hẳn so với nghe qua không khí. Vật rắn dẫn được âm thanh đi xa, cũng như mô cơ thể dẫn được xung điện đi xa. Cái ý tưởng nền của SWANS chỉ có vậy thôi.

Lưu ý

Bài viết dựa trên tin khoa học đã công bố, viết lại cho bạn đọc nhỏ tuổi. Có chỗ nào con muốn tìm hiểu thêm thì rủ bố mẹ đọc cùng nhé.