1ペニーに30,000円入るんですか？コーネル大学、人体に埋め込める「ゾウリムシ」センサーを開発

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神学者たちは長い間、非常に退屈な問題について議論してきました。それは、「ピンの先に何人の踊る天使が立つことができるか」というものです。

ここで新たな疑問が生じます。コインにマイクロセンサーをいくつ配置できるのかということです。

コーネル大学のナノエレクトロニクス研究者らは、1セント硬貨の片面に3万個収まるほどの極小のマイクロセンサーを開発した。チームの論文「光無線集積回路を使用したマイクロセンサー」は、4月17日に米国科学アカデミー紀要に掲載された。

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ネットユーザーたちは、ユヴァル・ハラリ氏が語った物語が現実になりつつあるとコメントした。

この小さなものは、基本的にゾウリムシと呼ばれる単細胞生物と同じ大きさです。生体組織のデータを監視することもできます。それは本当に少し似ています...

ゾウリムシ

イスラエルの歴史学者でベストセラー『サピエンス全史』の著者であるユヴァル・ノア・ハラリ氏は、昨年のインタビューでこう語った。

「何百万もの小さなナノロボットとセンサーが人体の中で何が起こっているかを監視しています。それらは癌や特定の感染症の兆候を検出し、これらの危険と戦って人々の健康を守ることができます。」

「そしてこのシステムは、病気や異常のある体の部位を監視できるだけでなく、人の気分、感情、思考も監視できます。つまり、外部のシステムは、あなた自身よりもあなたのことをよく知っている可能性があるのです。」

恐怖、怒り、愛、あるいはあらゆる人間の感情は、究極的には単なる生化学的プロセスです。

この種のセンサーを人間の組織に埋め込むことを想像してみてください。多くの微妙な信号を詳細に検出できるでしょうか?

有機と無機の組み合わせは、より哲学的な思考をもたらします。機械が体のあらゆる変化を感知できるようになると、あなたの喜び、怒り、悲しみ、幸せ、あらゆるしかめっ面や笑顔が信号として反映されます。

このセンサーを体内に埋め込むと、アントマンが小さくなるように見えるのでしょうか?

ネットユーザーの中には、「自分の体内にすでにそのようなセンサーがあるかどうか、どうやってわかるのか？よく考えてみると本当に恐ろしい」とコメントする人もいた。以下の独創的なコメントを見てください。これをヨハネの黙示録の獣の刻印と比較する人もいます...

小さいながらも完成度が高い

これらの極小センサーは小さいながらも、集積回路、太陽電池、発光ダイオード（LED）を完備しており、光を利用して電気を生成し、通信を送信することができます。

これらは大規模に製造されており、8インチのウェハー1枚あたり最大100万枚のウェハーが使用され、各デバイスのコストはわずか1コインです。

物理学者のポール・マキューエン、電気・コンピュータ工学准教授のアリョーシャ・モルナー、コーネル大学のポスドク研究員アレハンドロ・コルテーゼ博士は、光無線集積回路（OWIC）を製造するためのプラットフォームを設計した。OWICは、人間の目には顔の毛穴ほどの大きさしかない小さな点として見える、大きさ100ミクロンの極小センサーである。

「ある意味、このような小さなセンサーを作ることは、私たちがずっと考えていたことだ」と、コーネル大学のナノスケール科学およびマイクロシステム工学（NEXT Nano）ワーキンググループの共同議長であるマキューエン氏は語った。 「サイズを一桁小さくできれば、大量生産が可能になります。」

冷蔵庫に LED を取り付けるには、何ステップ必要ですか?

OWICS は実際にはゾウリムシサイズのスマートフォンに相当し、アプリをインストールすることもできます。しかし、携帯電話とは異なり、研究者たちは通信に面倒な無線技術に頼らず、代わりに光を通信媒体として使用しました。

光に関して言えば、センサーの重要なコンポーネントである LED について言及する必要があります。

ナノテクノロジーの世界では、シリコンウエハー上に小さな回路を配置するのは比較的簡単だが、LEDを追加するのは、ガリウムヒ素という特殊な材料で作られているため難しいとマキューエン氏は語った。研究者らは、LED を電子機器が集積されたウェハーに転写するために、15 層以上のフォトリソグラフィー、30 種類の異なる材料、100 を超える複雑な手順を必要とする複雑な組み立て方法を開発しました。

上の画像は、コインの裏にあるリンカーン記念館の内側に収まる電圧検知 OWIC を示しています。画像クレジット: アレハンドロ・コルテーゼ

さらに、これは目で見たり触ったりできるものではありません。このセンサーを操作するには、顕微鏡で見る必要があります。したがって、ナノスケールとマイクロスケールについて明確な直感を持つ必要があります。

センサーは体から心まであなたを理解する

OWIC は、生体組織やマイクロ流体システムなどの複雑な環境で電圧と温度を測定できます。たとえば、神経センサーを搭載した OWIC は、体内の神経信号を記録し、その結果を LED フラッシュで表示されるコード化された信号を通じて送信することができます。

さらなる検証のため、研究チームは応用物理学および工学物理学の教授であり論文の共著者でもあるクリス・シューの研究室と協力し、温度センサーを備えたOWICを脳組織に埋め込み、その結果を無線で送信することに成功した。

マキューエン氏、モルナー氏、コルテーゼ氏はマイクロセンサープロジェクトを商業化するために独自の会社OWIC Technologiesを設立し、特許を申請した。

この OWIC は小型かつ低コストで、より複雑な環境でも低消費電力でタスクを完了できます。さまざまな新世代マイクロセンサーもこの技術に基づいて開発されます。

マイクロセンサーは、現在までに最も成功し、実用的なマイクロエレクトロメカニカルデバイスです。小型、軽量、優れた性能、低コストという理由から、日常生活で広く使用されています。

このデジタル時代では、マイクロセンサーを使用して電子タグを作成し、製品に取り付けることで、識別、物流追跡、情報収集などの機能を実行できます。

同時に、超小型センサーは人体のあらゆる臓器、筋肉構造、さらには神経組織をリアルタイムで追跡し、心拍、呼吸数、肺の音を検出することができます。さらに、ユーザーの身体活動を検知し、心臓や肺から取得したデータと同期させて、身体全体の健康状態を監視することもできます。

皮膚に取り付けられた小さなセンサーが心臓の活動、血流、その他の臓器の健康状態を記録します。

ナノロボットに埋め込まれたマイクロセンサーは医療分野で応用されています。人体内を自由に移動してウイルスを直接標的にして破壊するほか、閉塞した動脈や腫瘍を迂回して臓器に直接薬剤を送達することもできる。また、外科医がミリメートルレベルの網膜手術を行う際にも役立ちます。

さらに興味深いのは、2016年にMITとミュンヘン工科大学が伝統的な折り紙技術と現代の技術を組み合わせて、小型折り紙ロボットを開発したことだ。このロボットは紙を折るだけでなく、走ったり、泳いだり、物を運んだりすることもできます。

つい最近、カリフォルニア大学バークレー校のエンジニアたちが砂大のセンサー「ニューラルダスト」を開発した。これは神経や臓器の近くに埋め込むことができ、超音波を使って電力を供給し、データを送信して身体のデータを読み取ることができる。ニューラルダストは、ワイヤレスで電力を供給する埋め込み型脳チップとして使用できます。このタイプの研究は、次世代の制御された義肢、外骨格、ロボット、および脳と機械のインターフェースを介した脳と体の病気の治療に使用されることが期待されています。

MIT は、伸縮性のある生地に電子センサーを埋め込む方法を開発し、体温、呼吸数、心拍リズムなどの重要なバイタルサインを監視できる衣服の作成を可能にしました。

センサーを内蔵した衣類は洗濯機で洗えるだけでなく、取り外して他の衣類に移すこともできます。見た目は、私たちが普段着ている単なる衣服です。しかし、内部を見ると、皮膚に触れる微細なセンサーが見えます。

研究者らはジムで運動中にセンサーを内蔵した衣服をテストし、体温、心拍数、呼吸数の変化を監視できるようにした。このプロセスの間、研究者は体のさまざまな部分の温度変化と、これらの変化間の相関関係を観察することができます。

衣服に埋め込まれたセンサーは、監視データをワイヤレスでスマートフォンに送信できます。研究者らは、このセンサーは患者の健康状態を遠隔で監視できる遠隔医療にも非常に役立つ可能性があると述べている。

これらのマイクロセンサーは、あなたが気づかないうちに、あなたの体や心の変化を感知しているようです。あなたはこの未来を楽しみにしていますか？