Research

Please find below information on some projects conducted under BOUNtenna.

 

AntennAlive: Antennas Reconfigured by Living Cells

Abstract

Reconfiguring the pattern or operating frequency of antennas is an established field of research. However, until now, reconfiguration using living cells (bacterial or mammalian) has never been considered. Here, an implant printed with biodegradable materials and controlled by a biofilm of engineered bacteria is proposed. The proposal will enable gateways between living cells that communicate at the nanoscale and the electronic devices that operate at the human scale. It will be used to transform signals received from the living cells through Molecular Nano Communication Networks (MNCNs) to Body Area Networks (BANs) that will be used to transfer information to machines and/or humans. Advancements in this area will advance MNCNs and real-time monitoring of events within the body in general.

It is a ground-breaking proposition that will initiate a whole new area of research where antenna design meets engineered cells.

MNCNs can be used to transfer messages within the human body. However, for a message to reach the BAN, a conversion is needed between the molecular link and the microwave link. These links have been investigated individually by various research groups, however the physical interface between them has not been demonstrated. It has been presumed to be achieved with an implanted active microwave device with nano-sensing capabilities. By contrast, AntennAlive proposes a half-living passive micro device that will not need a battery.

Although engineered bacterium is discussed here, the concept is not restricted to bacterial cells. The proposition can be extended to other engineered cells such as engineered muscle tissue where contractions and relaxations reconfigure the antenna.

Özetçe

Antenlerin ışıma örüntüsünün veya çalışma frekansının yeniden yapılandırılması, üzerinde bolca çalışılmış bir araştırma alanıdır. Fakat şimdiye kadar, canlı hücreler (bakteriyel veya memeli) kullanılarak yeniden yapılandırma önerilmemiştir. Burada, biyobozunur malzemelerle basılmış ve genetiği değiştirilmiş bakterilerin biyofilmiyle kontrol edilen bir pasif implant anten ve onu takip eden giyilebilir bir anten sistemi önerilmektedir. Bu sistem, nano ölçekte iletişim kuran yapılar ile insan ölçeğinde çalışan elektronik cihazlar arasında ağ geçidi olarak kullanılacaktır. Moleküler Nano İletişim Ağları (MNCN) ile Beden Alan Ağları (BAN) arasında bir köprü olacak olan bu ağ geçidinin nihai hedefi beden içinde gerçekleşen olayların gerçek zamanlı izlenmesini sağlamaktır. 

AntennAlive, anten tasarımının genetiği değiştirilmiş hücrelerle buluştuğu yepyeni bir araştırma alanını başlatacak, çığır açan bir öneridir.

MNCN'ler, insan bedeni içinde mesaj taşımak için kullanılır. Bununla birlikte, bir mesajın BAN'a ulaşması için, moleküler bağlantı ile elektromanyetik bağlantı arasında bir dönüşüm gereklidir. Bu bağlantılar çeşitli araştırma grupları tarafından ayrı ayrı araştırılmıştır, ancak aralarındaki fiziksel arayüz halen kurgusal olup gerçeklenememiştir. Bu dönüşümün nano algılama kabiliyetine sahip, beden içine implante edilmiş aktif mikrodalga cihazlarla başarılacağı bu gruplar arasında popüler bir öngörüdür. AntennAlive bu öngörünün aksine, batarya gerektirmeyen, yarı canlı pasif bir cihaz önererek MNCN'leri in-vivo demonstrasyona bir adım daha yaklaştırmayı hedeflemektedir.

Burada genetiği değiştirilmiş bakteriler tartışılmış olsa da, önerilen konsept bakteriyel hücrelerle sınırlı değildir. Öneri, kasılmaların ve gevşemelerin anteni yeniden yapılandırdığı genetiği değiştirilmiş kas dokusu gibi diğer genetiği değiştirilmiş hücrelere genişletilebilir.

 

FRagRAnt: Frequency and Radiation Pattern Reconfigurable Antennas 

Özetçe

Sağlık Nesnelerinin Interneti (IoHT) sağlık hizmetini alış şeklimizi değiştirmeye aday bir teknoloji olmakla beraber artık olgunlaşmaya başlamış bazı teknolojileri de içine alarak hızlı gelişimini sürdürmektedir. IoHT’yi oluşturan sağlık nesnelerinin büyük bir kısmını; sağlık hizmetlerini hastane dışına da yayarak hem hastaların daha kaliteli hizmet almasını sağlayacak hem de sağlık sağlayıcısının harcamalarını azaltacak olan, giyilebilir ve insan bedenine implant edilebilir medikal cihazlar oluşturmaktadır. Giyilebilir medikal cihazların kullanımı hızla artmaktadır ve artmaya devam edeceği öngörülmektedir . Yakın gelecekte insanların fiziksel bedenlerini bu nesnelerle bir bütün olarak göreceğimiz aşikârdır. 

Giyilebilir cihazlarda anten tasarımı çok zorlu bir iştir ve birkaç problemi içinde barındırır. Yayılım kanallarının dinamik olması ve farklı sağlık nesnelerinin kurduğu bağlantıların anten isterlerinin farklı ve bazen çelişkili olması güvenilir bağlantılar kurulmasında birincil engeldir. Bu noktada ağ performansını iyileştirmek için ışıma örüntüsü şekillendirilebilmesi mantıklı bir çözüm olarak görülebilir . 

Giyilebilir antenlerde karşımıza çıkan bir diğer problem ise elektromanyetik dalgaları sönümleyici özelliğe sahip insan bedeninin, giyilebilir antenlerin yakın alanında bulunması ve antenle etkileşmesidir. Üstelik bahsi geçen etkileşim farklı kişilerde veya bedenin farklı bölgelerinde değişmektedir. Bu durum antenin tınlaşım frekansı önceden öngörülemez şekilde kaymaktadır. Bu problemin çözümü ise ayarlanabilir frekanslı antenler olabilir. 

Fakat giyilebilir cihazların boyutlarının küçük olması ve sınırlı enerji kaynağına sahip olmaları, bu amaçları gerçeklerken ihtiyaç duyulacak karışık donanım ve yoğun hesaplamanın önündeki besbelli engellerdir. Unutulmamalıdır ki bu engellere rağmen ışıma örüntüsü şekillendirme ve frekans ayarlama başarılırsa, sistem performansının yanı sıra girişim reddi de artırılabilir. 

Bu projede; ışıma örüntüsünü şekillendirebilen ve operasyon frekansı ayarlanabilen antenlerin tasarımı hedeflenmektedir. Yapılacak olan anten tasarımları ideal test ortamında test edildikten sonra fiziksel fantom üzerinde test edilecektir.  

 

AkIm/SImpliFy-B: Smart Orthopaedic Hip Implant Fighting Antimicrobial Resistant Bacteria  

Abstract

The way we receive healthcare is shaped by technology and the recent advances in engineering has been the major game changer for the orthopaedic implant market. Although smart implants have been a hot topic of discussion for the last decade, we are still far from fighting against prosthetic joint infection without major intervention and revision surgery. This is due to antimicrobial resistance (AMR), a major concern worldwide, on which the European Council has proposed a comprehensive EU Action Plan.

Here, we are aiming to design an orthopaedic hip implant which monitors its environment for signs of failure and if the development of infection is suspected when combined with immunologic markers takes action against infection through microwave hyperthermia. This project is unique in its ground breaking proposition of a smart implant platform that gives early indication of failure and its cause, and applies hyperthermia from within the human body at a targeted point. It is a fine example of the synergy between engineering and medicine.

With an advisory board consisting Dr. Hüsrev Diktaş, an infective disease specialist, Dr. Ahmet Görkem Er, an internal Diseases Specialist; and with the support of Hacettepe University Infective Diseases and Clinic Microbiology department; research, training and knowledge transfer form the foundations of this multidisciplinary project. It will initiate innovation in the area of communications, sensing, microwave hyperthermia and AMR.

SImpliFy-B takes action under Turkish Ministry of Health's Strategic Plan 2012-2017. In terms of monitoring the environment and establishing wireless communication, SImpliFy-B will compete with the equivalent intelligent orthopaedic implants that will be launched around the world in the future. And beyond that, it will be first of its kind in terms of fighting Antimicrobial Resistant Bacteria contributing to Turkey's "high-tech exports" potential.