人体成网线：SWANS植入物网络通过组织电信号实现互联
据Ars Technica于2026年9月30日报道，美国佐治亚理工学院的研究团队成功开发出一种名为SWANS（智能无线自主网络系统）的植入物通信网络，该网络利用人体组织作为信号传导介质，使多个植入设备能够彼此“对话”。与传统依赖蓝牙或近场通信的植入物不同，SWANS通过离子传导方式传递电脉冲，大幅降低功耗并突破通信距离限制，为心脏病、癫痫等疾病的联合治疗开辟了新途径。相关论文同日发表于《科学》杂志。
狗仔爆料传统植入物通信的困境
目前大多数植入式医疗设备（如心脏起搏器、胰岛素泵）都是独立运行的，彼此之间缺乏协同能力。要实现设备间通信，通常依赖蓝牙低功耗或近场通信（NFC）等无线电协议。然而，佐治亚理工学院工程师、该研究共同作者Alex Abramson指出，这两种技术均不适合体内数据传输。首先，蓝牙组件一旦激活，会使植入物电池寿命缩短高达90%——因为设备需要持续保持“待命”状态以在毫秒级响应。其次，无线电波在人体组织中衰减严重：Abramson表示，“蓝牙和NFC在组织中的衰减非常大”，当信号需要穿过超过1厘米的组织时，通信质量就会急剧下降。此外，商用蓝牙组件至少需要5毫米宽的设备，而厚度小于3毫米的植入物可通过注射器在门诊完成植入，更小的尺寸意味着更少的手术创伤。
狗仔偷拍SWANS：模仿神经系统的通信方式
受到人体自身神经通信机制的启发，Abramson团队设计了SWANS系统。神经细胞通过离子传导——在细胞膜间穿梭钠离子和钾离子形成电压差——来传递信息。SWANS同样依赖离子传导，但“我们不使用神经，而是利用正常的身体组织来发送这些信号”，Abramson解释道。该系统包含三个核心组件：一个可穿戴集线器（柔性电路板，负责读取传感器数据、运行决策算法，并发射最高12伏的电压脉冲）、一个不锈钢微针贴片（将脉冲注入体内，绕过皮肤外层低导电层），以及一组可通过注射器植入的微型设备。每个植入物包含两个接收垫、一个晶体管开关、一块电池以及一个传感器或执行器（如神经刺激器）。集线器负责所有智能处理，从而让植入物保持小型化和低功耗。
网友爆料如何让植入物“听令行事”
当可穿戴集线器发出一个脉冲时，会在组织中产生一个向各方向扩散的电场。所有在范围内的植入物都能接收到这个信号，但只有被“点名”的植入物才会响应。实现这一目标的关键在于：每个植入物的晶体管开关只有在输入的脉冲超过特定阈值时才会导通。通过串联电阻（提高所需电压）或串联电容（要求脉冲持续一定时间以完成充电），团队可以组合出不同的“地址码”——脉冲强度与持续时间的特定组合。这样，每个植入物只对唯一的脉冲组合做出反应。不过研究人员承认，在实际应用中，电压阈值需要根据每个人的身体特点和植入位置进行校准。
热搜话题| 通信方式 | 传输介质 | 典型通信距离 | 功耗影响 | 设备最小尺寸 | 穿透组织能力 |
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| 蓝牙低功耗 | 无线电波 | ≤10米（空气中） | 激活时电池寿命缩短90% | ≥5毫米 | 1厘米组织内严重衰减 |
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| 近场通信（NFC） | 电磁场 | ≤10厘米 | 中等 | 需天线线圈 | <1厘米 |
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| SWANS（本研究） | 离子传导（组织） | 30厘米（组织表面）、14厘米（深度） | 功耗降低15倍以上 | 3×1.1×17毫米（可注射） | 可通过脂肪、肌肉、骨骼 |
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动物实验：从鸡胸肉到活体大鼠
为了验证系统，研究团队在鸡胸肉、带皮带骨猪腹肉以及活体大鼠上进行了测试。“猪腹肉是一种非常厚且异质的组织，”Abramson说。信号需要穿越脂肪、肌肉、骨骼和皮肤。一个10伏的脉冲在组织中产生了超过30厘米水平距离、14厘米深度的可检测电压梯度——覆盖范围是蓝牙或NFC的10倍以上。在活体大鼠中，植入物被放置于皮下、腹腔甚至胃内，位置几乎不影响通信效果。最先进的实验使用了放置在大鼠前肢的应变传感器：当传感器检测到左或右前肢移动时，集线器会发出对应的脉冲，到达后肢的植入物并刺激坐骨神经，使后腿抽动。团队还构建了一个植入物间的中继系统：当带有温度传感器的植入物检测到体温超过40°C（104°F）时，才会将信号传递给第二个植入物。此外，在两个月的慢性研究中，植入物周围形成了约1毫米厚的瘢痕组织，但通过将电压控制在安全范围内，通信仍可继续进行。脉冲未刺激目标以外的神经，未改变心脏电活动，也未引起比未通电的针头和植入物更多的细胞死亡或氧化应激。
局限性：低数据速率与人体验证
SWANS并非万能的体内通信系统。其首要限制是数据传输速率极低。Abramson强调：“我们不想用我们的设备发送大量数据，因为我们希望创建超小型、超低功耗的系统。”SWANS的目标是传递关键信息（如温度读数），而非大量数据流。此外，该系统尚未在大型动物或人体中进行测试。不过Abramson透露，初步的大型动物研究结果“看起来很有希望”。
未来应用：打通神经刺激与药物输送
Abramson认为，目前神经刺激和药物输送是“完全分离的”。例如，癫痫患者无法将药物泵与神经刺激器连接以实现联合治疗，尽管在某些时间点联合用药可能效果更佳。SWANS的优势在于易于与现有植入物集成。“这种新的通信协议可以插入到任何之前的系统中，”Abramson说，“因为它完全独立于我们使用的传感器或执行器，我们能够创建这个完整的体内治疗网络。”
Q1: SWANS系统与传统蓝牙/NFC植入物相比，最大的优势是什么？
A1: 最大优势在于功耗和通信距离。SWANS依赖离子传导通过身体组织传递信号，植入物待机时几乎不耗电，整体电池寿命比蓝牙延长15倍以上；同时，单个脉冲可在组织中传播30厘米的水平距离和14厘米的深度，远超蓝牙/NFC的1厘米组织穿透极限。此外，植入物尺寸可缩小至可通过注射器植入，减少了手术创伤。
Q2: SWANS系统目前面临哪些主要限制？
A2: 主要限制包括：数据传输速率极低，不适合传输大量数据；电压阈值需要针对每个人和植入位置进行个性化校准；目前仅在鸡胸肉、猪腹肉和大鼠上完成测试，尚未在大型动物或人体中验证长期安全性和有效性。
SWANS通过将人体组织转化为通信线路，实现了低功耗、广覆盖的植入物网络，为未来精准医疗中多设备协同治疗提供了全新范式。尽管距离临床应用仍有距离，但其设计理念有望推动体内医疗物联网的发展，使心脏起搏器、神经刺激器、药物泵等设备真正实现“团队协作”。
