CNS Core: Small: Reconfigurable Intrabody Network for Therapeutics (RIBNeT)

CNS 核心:小型:用于治疗的可重构体内网络 (RIBNeT)

基本信息

  • 批准号:
    2129659
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-10-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Chronic diseases are on a rapid rise throughout the world due to the growing aging population and increasing air, water, and food pollution in developing countries. Recently, emerging implantable and wearable medical devices have led to new insights in continuous monitoring and automated diagnosis for chronic diseases. To effectively manage chronic diseases through medical devices, this research project explores the design of robust and reconfigurable intrabody therapeutic networks that harvest their own energy. We henceforth call it Reconfigurable Intrabody Network for Therapeutics or RIBNeT. Since the medical needs dictate the location and functions of nodes, the RIBNeT coordinates the operation of two types of nodes in physically separate portions of the body - the intrabody (energy) harvesting nodes and the intrabody therapeutic nodes. The key intellectual merit of the proposal is in exploring a radically different landscape of energy transfer and data communication for RIBNeT from the perspective of building and operating small therapeutic networks as dictated by medical needs. Based on the magnetic induction communications (MIC) technology that works well for the intrabody environment, the energy harvesting and transfer throughout the body are modeled and tested. A single on-body node (OBN) is augmented for energy availability inside the body to enable sustained long-term operation of RIBNeTs. The project also explores the challenges posed by OBN to the RIBNeT and devise ways of addressing them. In particular, it designs lightweight mechanisms to monitor and collaboratively optimize the energy delivery via internal harvesting and OBN, and explores ways of making the operation robust in the face of OBN removals. In order to minimize energy use, RIBNeT maximizes opportunities for the nodes to sleep and minimizes need for inter-node coordination, while still allowing for emergency transmissions and mitigation of interference between various transmissions. In order to handle combined energy transfer and communications, the project explores the design of multi-segment antennas and a thin film-based MEMS energy harvester integrated into antennas. We build circuit boards for integrated energy transfer and communications and test them using ex vivo animal tissue and human subjects. Overall, the project is expected to pave the way for the commercial development of highly capable reconfigurable intrabody networks for therapeutics (RIBNeT). This project will also integrate the scientific findings and discoveries in education for students across disciplines (Computer Science, Electrical Engineering, and Biology).This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
由于发展中国家人口老龄化和空气、水和食品污染的增加,慢性病在全世界迅速上升。最近,新兴的植入式和可穿戴医疗设备为慢性疾病的持续监测和自动诊断带来了新的见解。为了通过医疗设备有效地管理慢性疾病,该研究项目探索了强大且可重新配置的体内治疗网络的设计,这些网络可以收获自己的能量。因此,我们将其称为可重构的治疗用体内网络(Reconfigurable Intrabody Network for Therapeutics)或RIBNeT。由于医疗需求决定了节点的位置和功能,因此RIBNeT协调身体的物理上分离的部分中的两种类型的节点的操作-体内(能量)收集节点和体内治疗节点。该提案的关键智力价值在于从构建和运营小型治疗网络的角度探索RIBNeT的能量传输和数据通信的完全不同的景观。基于适用于体内环境的磁感应通信(MIC)技术,对整个身体的能量收集和传输进行了建模和测试。单个体上节点(OBN)被增强以用于体内的能量可用性,以使RIBNet能够持续长期运行。该项目还探讨了OBN对RIBNet提出的挑战,并设计了解决这些挑战的方法。特别是,它设计了轻量级的机制,通过内部收集和OBN来监测和协同优化能量输送,并探索了在OBN清除时使操作稳健的方法。为了最小化能量使用,RIBNeT最大化节点休眠的机会并最小化节点间协调的需要,同时仍然允许紧急传输和减轻各种传输之间的干扰。为了处理组合的能量传输和通信,该项目探索了多段天线的设计和集成到天线中的基于薄膜的MEMS能量采集器。我们构建集成能量传输和通信的电路板,并使用离体动物组织和人体受试者对其进行测试。总的来说,该项目有望为高性能可重构治疗体内网络(RIBNeT)的商业开发铺平道路。该项目还将整合跨学科(计算机科学,电气工程和生物学)学生教育中的科学发现和发现。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Performance Evaluation of Magnetic Resonance Coupling Method for Intra-Body Network (IBNet)
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  • DOI:
    10.1016/j.iot.2022.100552
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Amitangshu Pal;K. Kant
  • 通讯作者:
    Amitangshu Pal;K. Kant
Characterization of Magnetic Communication Through Human Body
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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