Na wstępie zachęcamy do zapoznania się z wcześniejszym artykułem na Blogu https://www.maloka.pl/post/to-dotyczy-wszystkich-biorobotyzacja-istot-ludzkich-i-modyfikacje-dna, który rozpoczął niejako cykl opracowań ujawniających. Niniejsza praca stanowi zatem jego kontynuację oraz zawiera uzupełnienia poparte badaniami i doniesieniami naukowymi.
Napędzane przez ostatnie postępy w technologii urządzenia do komunikacji informacyjnej ewoluowały od "mobilnych", do "nadających się do noszenia". Oczekuje się, że wiele urządzeń do noszenia następnej generacji będzie można łączyć za pośrednictwem bezprzewodowej sieci obszaru ciała (WBAN), która jest definiowana jako sieć urządzeń znajdujących się w pobliżu ciała osoby.
W 2012 roku grupa robocza IEEE 802.15.6 ustandaryzowała sieć WBAN. Sieci WBAN są przede wszystkim stosowane w urządzeniach medycznych i opiekuńczych, które muszą być połączone w celu wymiany danych, takich jak dane dotyczące parametrów życiowych. Oczekuje się, że wraz ze starzeniem się społeczeństwa, rola tych technologii wzrośnie w celu poprawy jakości życia osób starszych i niepełnosprawnych. Wiele z tych urządzeń wykorzystuje standardy komunikacji bezprzewodowej krótkiego zasięgu (w promieniu kilku metrów wokół ciała). Przykładami powszechnie stosowanych standardów są Bluetooth Low Energy i ZigBee (oba działają na częstotliwości 2,4 GHz).
WBAN -Wireless Body Area Network
Każdy człowiek, zwierzę, czy roślina posiada aurę, czyli biopole. Istnienie biopola zostało potwierdzone przez liczne eksperymenty naukowe. Odkrycia dokonane w XX wieku dowodzą, że pole biologiczne człowieka jest składową różnych pól fizycznych: elektrycznego, magnetycznego, termicznego, akustycznego, grawitacyjnego, świetlnego i innych.
Co ciekawe, wszystkie żywe istoty emitują nie tylko radiacje elektromagnetyczne, ale także i promieniowanie. Mimo, że są to niskie poziomy oraz niskie częstotliwości, które wynoszą około stu kiloherców, mają bardzo silne oddziaływanie, co potęgowane jest przez to, że otaczają nas pola jonów - elektrostatyczne i elektryczne.
"Cyfrowo powiązano zatem ludzką homeostazę elektryczną znaną jako biopole, wcześniej znane jako aura, w serię miękkiej robotyki, biosensorów analizowanego DNA i stworzonych bibliotek w celu przechowywania i etykietowania baz danych.
Twoje ciało jest węzłem w sieci. Jest elektryczne i działa w oparciu o standardy
802.15.6. To nie jest nowa technologia. Działa od co najmniej 28 lat i od 18 lat dla bioczujników. Więc twój telefon wysyła sygnał do twojego ciała, aby znaleźć twoją sieć, a następnie twoja sieć komunikuje się z siecią twojego telefonu NFC".
Zaglądając do Wikipedii w wersji angielskiej czytamy:
BODY AREA NETWORK (BAN), czyli sieć obszaru ciała, określana również jako bezprzewodowa sieć obszaru ciała (WBAN), lub sieć czujników ciała (BSN), lub medyczna sieć obszaru ciała (MBAN), to bezprzewodowa sieć urządzeń komputerowych przystosowanych do noszenia przez człowieka. Urządzenia BAN mogą być osadzone wewnątrz ciała jako implanty lub pigułki, mogą być montowane powierzchniowo na ciele w stałej pozycji lub mogą towarzyszyć urządzeniom, które ludzie mogą nosić ze sobą, np. w kieszeniach ubrań, w ręku lub w różnych torbach.
Podczas gdy istnieje tendencja do miniaturyzacji urządzeń, w szczególności sieci obszaru ciała, które składają się z kilku zminiaturyzowanych jednostek czujników ciała (BSU) wraz z pojedynczą jednostką centralną ciała (BCU), większe urządzenia inteligentne o rozmiarze decymetrowym (zakładka i podkładka) nadal odgrywają ważną rolę działając jako koncentrator danych lub brama danych, i zapewniają interfejs użytkownika do przeglądania i zarządzania aplikacjami BAN na miejscu.
Rozwój technologii WBAN rozpoczął się około 1995 roku wokół idei wykorzystania technologii bezprzewodowej sieci osobistej (WPAN) do wdrożenia komunikacji na, w pobliżu i wokół ludzkiego ciała. Około sześć lat później (rok 2001) termin "BAN" zaczął odnosić się do systemów, w których komunikacja odbywa się całkowicie wewnątrz, na i w bezpośredniej bliskości ludzkiego ciała. System WBAN może wykorzystywać technologie bezprzewodowe WPAN jako bramy, aby osiągnąć większy zasięg. Za pośrednictwem urządzeń bramowych możliwe jest podłączenie urządzeń do noszenia na ludzkim ciele do Internetu. W ten sposób np. personel medyczny może uzyskać dostęp do danych pacjenta.
WBAN obsługuje różne aplikacje do monitorowania stanu zdrowia i elektroniki użytkowej w czasie rzeczywistym. Wymagane jest wsparcie dla jakości usług (QoS), wyjątkowo niskiej mocy i szybkości transmisji danych do 10 Mb/s, przy jednoczesnym przestrzeganiu ścisłych wytycznych dotyczących braku zakłóceń tam, gdzie jest to konieczne. Norma ta uwzględnia wpływ na anteny przenośne wynikający z cech osoby (różny w zależności od tego czy to mężczyzna, kobieta, osoba szczupła, ciężka itp.), kształtowania wzorca promieniowania w celu zminimalizowania współczynnika absorpcji swoistej (SAR) w ciele oraz zmian charakterystyki w wyniku ruchów użytkownika.
Zamiana ciała w drut
Artykuł, który ukazał się w drukowanym numerze z grudnia 2020 r. pod tytułem „Aby chronić wrażliwe dane, zamień ciało i tkankę w bezpieczny kanał bezprzewodowy” autorstwa Shreyas Sen.
Parę słów o autorze: Shreyas Sen jest profesorem nadzwyczajnym inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Purdue. Jest starszym członkiem IEEE.
Gdy kanałem komunikacyjnym jest ludzkie ciało, zhakowanie danych jest trudne
(publikacja z 24.11.2020, portal: IEEE Spectrum Org.)
W 2007 roku wiceprezydent USA Dick Cheney nakazał swoim lekarzom wyłączenie wszystkich sygnałów bezprzewodowych przychodzących i wychodzących z jego rozrusznika serca podłączonego do Internetu. Cheney powiedział później, że motywacją tej decyzji była chęć uniemożliwienia terrorystom zhakowania jego rozrusznika serca i użycia go do śmiertelnego wstrząsu serca. Rozkazy Cheneya skierowane do lekarzy mogą wydawać się niektórym zbyt ostrożne, ale urządzenia medyczne połączone bezprzewodowo mają historię luk, które można wykorzystać. Na przykład podczas serii konferencji w latach 2011 i 2012 nowozelandzki haker Barnaby Jack pokazał, że podłączone urządzenia medyczne mogą zostać zdalnie zaatakowane. Jack użył anteny o dużym wzmocnieniu, aby przechwycić niezaszyfrowane sygnały elektromagnetyczne przesyłane przez pompę insulinową umieszczoną na manekinie oddalonym o 90 metrów. Następnie wykorzystał te sygnały do włamania się do pompy i dostosowania poziomu podawanej przez nią insuliny. Zhakował także rozrusznik serca i spowodował, że powodował on śmiertelne wstrząsy elektryczne.
Osiem lat po tych demonstracjach połączone urządzenia medyczne pozostają podatne na ataki. Na przykład w czerwcu 2020 r. Departament Bezpieczeństwa Wewnętrznego USA wycofał model połączonych pomp insulinowych. Pompy przesyłały poufne informacje bez szyfrowania, udostępniając je każdemu, kto w pobliżu mógł chcieć je podsłuchać.
Urządzenia medyczne to tylko wierzchołek góry lodowej, jeśli chodzi o urządzenia bezprzewodowe, które ludzie wkładają do ciała lub umieszczają na sobie. Na liście znajdują się bezprzewodowe słuchawki douszne, smartwatch i zestawy słuchawkowe do wirtualnej rzeczywistości. Zagrożone będą również technologie będące w fazie rozwoju, takie jak inteligentne soczewki kontaktowe wyświetlające informacje i cyfrowe pigułki przesyłające dane z czujników po połknięciu.
Wszystkie te urządzenia muszą bezpiecznie przesyłać dane przy małej mocy i na krótkim zasięgu. Dlatego badacze zaczęli o nich myśleć jak o poszczególnych elementach pojedynczej sieci bezprzewodowej wielkości człowieka, zwanej siecią obejmującą obszar ciała WBAN. W użyciu pojawia się także termin "Internet ciał" (IoB), nawiązujący do Internetu rzeczy.
Obecnie urządzenia IoB wykorzystują do komunikacji uznane technologie bezprzewodowe, głównie Bluetooth. Chociaż technologie te charakteryzują się niskim poborem mocy (są dobrze poznane i łatwe do wdrożenia), nigdy nie były projektowane dla sieci IoB. Jedną z cech charakterystycznych technologii Bluetooth jest możliwość łatwego wyszukiwania i łączenia dwóch urządzeń z odległości kilku metrów. Właśnie ta funkcja umożliwia hipotetycznemu napastnikowi podglądanie urządzeń znajdujących się na czyimś ciele lub atakowanie ich. Technologie bezprzewodowe zostały również zaprojektowane tak, aby przemieszczać się w powietrzu lub próżni, a nie w ciele ludzkim, dlatego są mniej wydajne niż metoda komunikacji zaprojektowana od podstaw.
Dzięki badaniom na Uniwersytecie Purdue w Stanach Zjednoczonych opracowano nową metodę komunikacji, która ma zapewnić większe bezpieczeństwo urządzeń medycznych, urządzeń do noszenia i wszelkich innych urządzeń znajdujących się na ciele lub w jego pobliżu, niż przy użyciu sygnałów bezprzewodowych o małej mocy do wzajemnej komunikacji. System wykorzystuje wrodzoną zdolność ludzkiego ciała do przewodzenia drobnych, nieszkodliwych sygnałów elektrycznych, aby przekształcić CAŁE CIAŁO w przewodowy kanał komunikacyjny. "Zamieniając ciało w sieć, sprawimy, że urządzenia IoB będą bezpieczniejsze."
Wrażliwe dane osobowe, takie jak informacje medyczne, powinny być zawsze szyfrowane podczas przesyłania bezprzewodowo, w wiadomości e-mail lub innym kanałem. Istnieją jednak trzy inne, szczególnie dobre powody, dla których należy uniemożliwić atakującemu uzyskanie lokalnego dostępu do urządzeń medycznych.
Po pierwsze, dane medyczne powinny umożliwiać przechowywanie. Nie chcesz, aby urządzenie transmitowało informacje, które ktoś mógłby podsłuchać. Drugim powodem jest to, że nie chcesz, aby integralność urządzenia została naruszona. Jeśli na przykład masz glukometr podłączony do pompy insulinowej, nie chcesz, aby pompa uwalniała więcej glukozy, ponieważ dane glukometru zostały naruszone. Niewystarczająca ilość glukozy we krwi może powodować bóle głowy, osłabienie i zawroty głowy, natomiast zbyt duża może prowadzić do problemów ze wzrokiem i nerwami, chorób nerek i udarów. Każda sytuacja może ostatecznie doprowadzić do śmierci. Trzecim powodem jest to, że informacje o urządzeniu muszą być zawsze dostępne. Jeśli atakujący zakłóciłby sygnały z pompy insulinowej lub rozrusznika serca, urządzenie mogłoby nawet nie wiedzieć, że musi zareagować na nagły problem w organizmie.
Jeśli więc bezpieczeństwo i prywatność są tak ważne, dlaczego nie zastosować przewodów?Przewód tworzy dedykowany kanał pomiędzy dwoma urządzeniami. Ktoś może podsłuchać sygnał przewodowy tylko wtedy, gdy fizycznie dotknie samego przewodu. Będzie to trudne, jeśli dany przewód znajduje się na ciele lub wewnątrz niego.
Pomijając korzyści związane z bezpieczeństwem i prywatnością, istnieje kilka ważnych powodów, dla których nie chciałbyś, aby przewody przecinały twoje ciało. Jeśli drut nie jest odpowiednio izolowany, własne procesy biochemiczne organizmu mogą spowodować korozję metalu w drucie, co z kolei może spowodować zatrucie metalami ciężkimi. To także kwestia wygody. Wyobraź sobie, że musisz naprawić lub wymienić przewodowy rozrusznik serca. Ponowne przeciągnięcie przewodów przez ciało byłoby bardzo delikatnym zadaniem.
Zamiast wybierać zatem pomiędzy sygnałami bezprzewodowymi, które łatwo podsłuchiwać, a sygnałami przewodowymi, które stwarzają zagrożenie dla organizmu, dlaczego nie skorzystać z trzeciej opcji, która łączy w sobie to, co najlepsze w obu przypadkach? "To jest inspiracja stojąca za naszą pracą nad wykorzystaniem ludzkiego ciała jako środka komunikacji dla urządzeń w czyjejś sieci obszaru ciała."
Your Body Is a Smart Home
Twoje Ciało to Inteligentny Dom
Poniżej zamieszczamy kluczowy materiał na kanale LightForEarth1, w którym m.in. jest badanie SMART DOMU oraz Ludzi jako nośników AI:
Ludzie wkładają i zakładają coraz więcej urządzeń na swoje ciała. Niezależnie od tego, czy są to urządzenia medyczne, takie jak rozruszniki serca, pompy insulinowe i czujniki temperatury ciała, czy też technologie konsumenckie, takie jak bezprzewodowe słuchawki douszne, inteligentne zegarki i monitory kondycji, WSZYSTKIE mają JEDNĄ wspólną cechę. Żaden z nich nie musi wysyłać danych poza zasięg ludzkiego ciała. Wszelka komunikacja poza ciałem może być obsługiwana przez centralny koncentrator bezprzewodowy.
Ilustracja: Chris Philpot
Sieć tworzona przez te urządzenia nazywana jest siecią "Internet of Bodies" IoB (Internetu Ciał), zapożyczając ją od koncepcji Internetu Rzeczy. Sieci IoB mają na przykład te same potrzeby, co inteligentny dom. Inteligentny dom może być wypełniony najróżniejszymi urządzeniami — Amazon Alexa (Amazon Alexa, zwana także po prostu Alexa, to technologia wirtualnego asystenta w dużej mierze oparta na polskim syntezatorze mowy Ivona, zakupionym przez Amazon w 2013 roku), inteligentna lodówka i system, który automatycznie dostosowuje oświetlenie, gdy ludzie wchodzą do pokoju i go opuszczają — a wszystkie one komunikują się za pomocą Bluetooth lub Wi-Fi. Podobnie urządzenia konsumenckie i urządzenia medyczne w sieci IoB mogą wykorzystywać wspólne medium samego ciała do wysyłania sygnałów.
Metodę przesyłania sygnałów bezpośrednio przez organizm nazywamy elektro-kwazistatyczną komunikacją człowiek-ciało. Pomyślmy o tym jako o kanale ciała.
Przemiana kwazistatyczna, proces kwazistatyczny jest to przemiana termodynamiczna, którą można traktować jako ciąg stanów nieskończenie bliskich stanowi równowagi, między którymi zachodzi nieskończenie mała zmiana parametrów układu.
Zachowanie pełnej równowagi nie jest możliwe, ponieważ wówczas nie doszłoby do żadnej zmiany. Wynika stąd, że przemiana kwazistatyczna jest procesem zachodzącym bardzo wolno.
Najważniejszym wnioskiem jest to, że wykorzystując właściwości przewodzące organizmu, możemy uniknąć pułapek związanych zarówno z kanałami przewodowymi, jak i bezprzewodowymi.
Druty metalowe są świetnymi przewodnikami ładunku elektrycznego. Przesyłanie danych poprzez kodowanie jedynek i zer jako różnych napięć jest prostą sprawą. Wystarczy zdefiniować 1s jako pewne napięcie, które spowodowałoby przepływ prądu przez przewód, a 0s jako napięcie zerowe, co oznaczałoby brak prądu przepływającego przez przewód. Mierząc napięcie w funkcji czasu na drugim końcu przewodu, otrzymujesz pierwotną sekwencję jedynek i zer. Jeśli jednak nie chcesz, aby metalowe przewody biegły wokół lub przez ciało, co możesz zamiast tego zrobić?
Przeciętny dorosły człowiek składa się w około 60% z wody. I chociaż czysta woda jest fatalnym przewodnikiem prądu elektrycznego, woda wypełniona cząsteczkami przewodzącymi, takimi jak elektrolity i sole, lepiej przewodzi prąd. Twoje ciało wypełnione jest wodnym roztworem zwanym płynem śródmiąższowym, który znajduje się pod skórą i wokół komórek ciała. Płyn śródmiąższowy jest odpowiedzialny za transport składników odżywczych z krwiobiegu do komórek organizmu i jest wypełniony białkami, solami, cukrami, hormonami, neuroprzekaźnikami i wszelkiego rodzaju innymi cząsteczkami, które pomagają utrzymać organizm w funkcjonowaniu. Ponieważ płyn śródmiąższowy występuje wszędzie w organizmie, pozwala nam na utworzenie obwodu pomiędzy dwoma lub większą liczbą komunikujących się urządzeń znajdujących się praktycznie w dowolnym miejscu ciała.
Wyobraź sobie osobę chorą na cukrzycę, która używa pompy insulinowej i oddzielnego monitora na brzuchu do kontrolowania poziomu glukozy we krwi. Załóżmy, że chce, aby jej smartwatch/smartfon oprócz wielu innych funkcji wyświetlał aktualny poziom glukozy i stan pracy pompy. Tradycyjnie urządzenia te musiałyby być połączone bezprzewodowo, co teoretycznie umożliwiałoby każdemu przechwycenie kopii danych osobowych użytkownika. Lub, co gorsza, potencjalnie zaatakować samą pompę. Obecnie wiele wyrobów medycznych nadal nie jest szyfrowanych, a nawet w przypadku tych, które są, szyfrowanie nie gwarantuje bezpieczeństwa.
Oto jak działałoby to w przypadku kanału treściowego. Pompa, monitor i smartwatch miałyby być wyposażone w małą miedzianą elektrodę z tyłu, stykającą się bezpośrednio ze skórą. Każde urządzenie posiada także drugą elektrodę nie stykającą się ze skórą, która pełni funkcję swego rodzaju pływającego uziemienia, czyli lokalnego uziemienia elektrycznego, które nie jest bezpośrednio połączone z uziemieniem Ziemi. Gdy monitor dokona pomiaru poziomu glukozy we krwi, będzie musiał przesłać te dane zarówno do pompy, na wypadek konieczności dostosowania poziomu insuliny, jak i do smartwatcha lub smartfona, aby osoba mogła zobaczyć poziom. Smartwatch/smartfon może także przechowywać dane w celu długoterminowego monitorowania lub szyfrować je i wysyłać do komputera użytkownika lub komputera lekarza w celu zdalnego przechowywania i analizy.
Monitor przekazuje pomiary poziomu glukozy poprzez kodowanie danych w formie serii wartości napięcia. Następnie przesyła te wartości, przykładając napięcie pomiędzy dwie miedziane elektrody – tę dotykającą ludzkiego ciała i tę, która działa jak pływająca masa.
To przyłożone napięcie bardzo nieznacznie zmienia potencjał całego ciała w stosunku do ziemi. Ta niewielka zmiana potencjału między ciałem a ziemią stanowi zaledwie ułamek różnicy potencjałów pomiędzy dwiema elektrodami monitora. Wystarczy jednak, aby po przejściu przez ciało, w jeszcze mniejszej frakcji, zostały wyłowione przez urządzenia znajdujące się w innym miejscu. Ponieważ zarówno pompa na pasku, jak i smartwatch na nadgarstku znajdują się na ciele, mogą wykryć tę zmianę potencjału za pomocą własnych dwóch elektrod – zarówno na ciele, jak i pływających. Pompa i smartwatch następnie przekształcają te potencjalne pomiary z powrotem w dane. Wszystko bez rzeczywistego sygnału, który kiedykolwiek przemieszczał się poza skórę.
Jednym z największych wyzwań w realizacji tej metody komunikacji ciała jest wybór najlepszych długości fal dla sygnałów elektrycznych. Długości fal elektrycznych, takie jak te, które tutaj rozważamy, są znacznie dłuższe niż długości fal RF w komunikacji bezprzewodowej.
Zdjęcia: John Underwood/Purdue University
David Yang [po prawej], doktorant, uczeń Shreyasa Sena [po lewej] nosi nadajnik na prawym nadgarstku. Nadajnik wysyła przez jego ciało kod umożliwiający odblokowanie komputera podłączonego do odbiornika trzymanego w lewej ręce. Po lewej stronie zbliżenie urządzenia do noszenia na nadgarstku oraz kolejny prototyp odbiornika, który został zminiaturyzowany do postaci wkładki USB.
Wybór częstotliwości stanowi wyzwanie, ponieważ istnieje zakres częstotliwości, przy którym ludzkie ciało może stać się anteną. Zwykła antena radiowa wytwarza sygnał, gdy prąd przemienny powoduje oscylacje elektronów w jej materiale i wytwarzanie fal elektromagnetycznych. Częstotliwość transmitowanych fal zależy od częstotliwości prądu przemiennego doprowadzanego do anteny. Podobnie prąd przemienny o określonych częstotliwościach przyłożony do ludzkiego ciała spowoduje, że ciało wyemituje sygnał. Sygnał ten, choć słaby, jest wciąż wystarczająco silny, aby można go było odebrać za pomocą odpowiedniego sprzętu i z pewnej odległości. A jeśli ciało działa jak antena, może również odbierać niepożądane sygnały z innych miejsc, które mogą zakłócać zdolność urządzeń do noszenia i implantów do wzajemnej komunikacji.
Z tego samego powodu, dla którego nie chcesz korzystać z technologii takich jak Bluetooth, chcesz, aby sygnały elektryczne ograniczały się do ciała i nie były przypadkowo emitowane z lub do niego. Należy zatem unikać częstotliwości elektrycznych, przy których ciało ludzkie staje się anteną, a które mieszczą się w zakresie od 10 do 100 MHz. Powyżej znajdują się pasma bezprzewodowe - o problemach z nimi już wspominaliśmy. W rezultacie konieczne jest użycie częstotliwości z zakresu od 0,1 do 10 MHz, w których sygnały będą ograniczone do ciała.
We wcześniejszych próbach wykorzystania ludzkiego ciała do komunikacji zwykle unikano tych niższych częstotliwości, ponieważ ciało zazwyczaj traci dużo z przekazywanego sygnału przy niskich częstotliwościach. Innymi słowy, sygnały o niższych częstotliwościach wymagają większej mocy, aby zagwarantować, że sygnał dotrze do miejsca przeznaczenia. Oznacza to, że sygnał z glukometru umieszczonego na brzuchu może nie dotrzeć do smartwatcha na nadgarstku bez znacznego zwiększenia mocy. Te poprzednie wysiłki przyniosły duże straty, ponieważ skupiały się na wysyłaniu bezpośrednich sygnałów elektrycznych, a nie informacji zakodowanych w potencjalnych zmianach. Odkryto, że pasożytnicza pojemność między urządzeniem a ciałem jest kluczem do stworzenia działającego kanału.
Pojemność odnosi się do zdolności obiektu do gromadzenia ładunku elektrycznego. Pojemność pasożytnicza to niepożądana pojemność, która pojawia się w sposób niezamierzony pomiędzy dowolnymi dwoma obiektami. Na przykład dwa naładowane obszary znajdujące się blisko siebie na płytce drukowanej lub pomiędzy dłonią osoby a telefonem. Zazwyczaj pojemność pasożytnicza jest uciążliwa, chociaż umożliwia również pewne zastosowania, takie jak ekrany dotykowe.
Nie wspomniano dotąd o jednym kluczowym aspekcie obwodów: obwód musi stanowić zamkniętą pętlę, aby możliwa była komunikacja elektryczna. Do tej pory dyskusja ograniczona była do ścieżki przewodzenia, czyli części obwodu od elektrody nadawczej do elektrody odbiorczej. Ale potrzebna jest droga powrotna. Mamy ją dzięki pasożytniczej pojemności pomiędzy pływającymi elektrodami masowymi na urządzeniach a uziemieniem.
Oto jak zobrazować obwód, którego używamy. Najpierw wyobraźmy sobie dwie pętle obwodu. Pierwsza pętla rozpoczyna się od urządzenia nadawczego, przy elektrodzie dotykającej skóry. Następnie obwód przechodzi przez ciało, przez stopy do właściwej masy, a następnie z powrotem w powietrzu do drugiej (pływającej) elektrody w urządzeniu nadawczym. Należy tutaj zaznaczyć, że nie jest to pętla, przez którą może płynąć prąd stały. Ponieważ jednak pomiędzy dowolnymi dwoma obiektami, takimi jak stopy i buty oraz buty i podłoże, istnieją pasożytnicze pojemności, może występować niewielki prąd przemienny.
Druga pętla w podobny sposób rozpoczyna się od urządzenia odbiorczego, przy jego elektrodzie dotykającej skóry. Następnie przechodzi przez ciało (obie pętle dzielą ten segment) do ziemi i z powrotem przez powietrze do pływającej elektrody uziemiającej w urządzeniu odbiorczym.
Kluczem jest tutaj zrozumienie, że pętle obwodu są ważne nie dlatego, że musimy koniecznie przepuścić przez nie prąd, ale dlatego, że potrzebujemy zamkniętej ścieżki kondensatorów. Jeśli w obwodzie napięcie zmienia się na jednym kondensatorze – na przykład na dwóch elektrodach urządzenia nadawczego – w pętli wytwarza się niewielki prąd przemienny. Pozostałe kondensatory, czyli zarówno ciało, jak i powietrze, „widzą” ten prąd i ze względu na ich impedancje, czyli rezystancje wobec prądu, zmieniają się również ich napięcia.
Pamiętaj, że pętla obwodu z urządzeniem nadawczym i pętla z urządzeniem odbiorczym dzielą korpus jako odcinek odpowiednich pętli. Ponieważ dzielą ten segment, urządzenie odbiorcze reaguje również na niewielką zmianę napięcia ciała. Dwie elektrody tworzące kondensator urządzenia odbiorczego wykrywają zmieniające się napięcie ciała i umożliwiają dekodowanie tego pomiaru jako istotnej informacji.
Body Language
Mowa Ciała/Język Ciała
Ilustracja: Chris Philpot
Używanie ciała jako kanału komunikacyjnego dla urządzeń IoB pozwala uniknąć podstawowego problemu technologii radiacyjnych, takich jak Wi-Fi i Bluetooth, zatrzymując sygnały elektryczne pod skórą.
Weźmy na przykład pompę insulinową, która musi przesyłać poziom glukozy we krwi do smartwatcha. Technika ta tworzy dwie pętle obwodów w ciele. Pierwsza pętla [niebieska] zaczyna się od pompy. Dwie elektrody, jedna dotykająca ciała a druga pływająca, tworzą między sobą różnicę potencjałów elektrycznych. Zmiana napięcia również nieznacznie moduluje potencjał ciała. Powoduje to przepływ niewielkiego prądu przemiennego z pompy, przez powietrze do ziemi i w górę przez ciało.
Zmiana potencjału ciała powoduje podobną zmianę napięcia pomiędzy elektrodami smartwatcha, który również ma jedną dotykającą ciała i drugą pływającą. Powoduje to wytworzenie drugiego małego prądu przemiennego [żółtego], który przepływa w podobnej pętli. Te dwa zamknięte obwody umożliwiają przesyłanie sygnałów elektrycznych pomiędzy urządzeniami.
Odkryto, że potrzebne jest, aby kondensator dowolnego urządzenia IoB miał dużą pojemność. W takim przypadku stosunkowo wysokie napięcia wytwarzane przez urządzenie nadawcze spowodują wyjątkowo niskie prądy w samym ciele. Oczywiście ma to sens z punktu widzenia bezpieczeństwa: w końcu nie chcemy przepuszczać przez ciało wysokiego prądu. Ale sprawia to również, że kanał komunikacyjny ma niskie straty. Dzieje się tak dlatego, że kondensator o wysokiej impedancji będzie szczególnie wrażliwy na niewielkie zmiany prądu. Rezultat jest taki, że możemy utrzymać prąd na niskim (i bezpiecznym) poziomie, a mimo to uzyskać wyraźne pomiary napięcia na urządzeniu odbiorczym. "Odkryliśmy, że nasza technika skutkuje zmniejszeniem strat o dwa rzędy wielkości w porównaniu z poprzednimi próbami stworzenia kanału bezprzewodowego w organizmie, które polegały na wysyłaniu sygnału elektrycznego za pośrednictwem prądu bezpośrednio przez ciało."
Opisana powyżej metoda przekształcania ludzkiego ciała w kanał komunikacyjny przesuwa odległość, na jaką można przechwytywać sygnały z zasięgu Bluetooth i podobnych sygnałów wynoszącego od 5 do 10 metrów, do poniżej 15 centymetrów. Innymi słowy, zmniejszona o dwa rzędy wielkości została odległość, na jakiej atakujący może przechwytywać sygnały i zakłócać je. Dzięki tej metodzie atakujący musiałby znajdować się tak blisko celu, aby nie było możliwości ukrycia się.
Ta metoda nie tylko zapewnia większą prywatność i bezpieczeństwo każdemu posiadaczowi implantu lub urządzenia medycznego, ale jako bonus, komunikacja jest również znacznie bardziej energooszczędna. Ponieważ opracowano system charakteryzujący się niskimi stratami przy niskich częstotliwościach, można przesyłać informacje między urządzeniami, zużywając znacznie mniej energii.
Urządzenia medyczne, takie jak rozruszniki serca i pompy insulinowe, istnieją od dziesięcioleci. Słuchawki douszne i smartwatche Bluetooth mogą być nowsze, ale ani ratujący życie sprzęt medyczny, ani technologie konsumenckie w najbliższym czasie nie opuszczą naszych ciał. Sensowne jest jedynie zapewnienie jak największego bezpieczeństwa obu kategorii urządzeń. Dane są zawsze najbardziej podatne na złośliwy atak, gdy są przenoszone z jednego punktu do drugiego, a niniejsza technika komunikacji IoB może w końcu zamknąć pętlę zapobiegającą opuszczeniu danych osobowych przez Twoje ciało.
Komunikacja za pomocą ludzkiego ciała HBC
Oczekuje się, że wraz ze starzeniem się społeczeństwa, bezprzewodowe sieci obszaru ciała (WBAN - Wireless Body Area Network) będą w coraz większym stopniu poprawiać jakość życia osób starszych i niepełnosprawnych. Jedną z obiecujących technologii WBAN jest komunikacja za pośrednictwem ludzkiego ciała (HBC - Human Body Communication), która wykorzystuje część ludzkiego ciała jako medium transmisyjne. Komunikacja między urządzeniami do noszenia na głowie, takimi jak aparaty słuchowe, czy słuchawki bezprzewodowe, jest potencjalną aplikacją HBC.
Model całego ciała człowieka w symulacji w domenie czasu różnic skończonych (FDTD): (a) wymiary i przekrój modelu oraz (b) położenie anten urządzenia nadawczo-odbiorczego w symulacji komunikacji bezprzewodowej 2,45 GHz
W 2019 roku Uniwersytet w Tokio opracował dokument medyczny na temat zwiększania efektywności „Internetu ludzkiego ciała”.
Technologie HBC wykorzystują elektrody zamiast anten do przekazywania sygnałów do ludzkiego ciała. Komunikacja ta odbywa się np. między urządzeniami do noszenia na głowie, takimi jak aparaty słuchowe, czy słuchawki bezprzewodowe, jest potencjalną aplikacją HBC. Można to wykorzystać do przewodzenia pola elektrycznego z nadajnika do odbiornika, a tym samym do przesyłania danych. Odbiorniki HBC działają bardzo podobnie do odbiorników radiowych, jednak znacznie trudniej jest określić ich impedancję wejściową. Jest to ważne, ponieważ pozwala naukowcom zmaksymalizować moc odbieranego sygnału. Najważniejszymi czynnikami są rozmieszczenie elektrod i odległość pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Sygnał pochodzi z elektrody nadajnika i przechodzi przez ciało. Przewodność ciała łączy pole z otoczeniem, co służy jako droga powrotna dla przesyłanego sygnału. W swoich badaniach zespół japońskich naukowców próbował przeanalizować te cechy, konstruując równoważny model obwodu transmisji sygnału, który przechodzi z ciała do odbiornika poza ciałem za pośrednictwem dotyku. Do korpusu przymocowano elektrody sygnałowe nadajnika i odbiornika oraz elektrodę masową nadajnika. Elektrodę uziemiającą odbiornika pozostawiono „unoszącą się” w powietrzu. Różniło się to od innych współczesnych konfiguracji HBC, w których obie elektrody uziemiające unoszą się w powietrzu. Naukowcy odkryli, że impedancja rośnie wraz ze wzrostem odległości między elektrodami nadajnika. Co ciekawe, odkryli również, że kolejnym czynnikiem wpływającym na transmisję był rozmiar uziemienia odbiornika. Podają, że sprzężenie pojemnościowe między masą odbiornika a ciałem ludzkim wzrasta wraz ze wzrostem tego pierwszego.
Komunikacja za pośrednictwem ludzkiego ciała (HBC), która wykorzystuje część ludzkiego ciała jako medium transmisyjne, przyciągnęła znaczną uwagę jako jedna z metod transmisji danych WBAN. W HBC sygnał o częstotliwości radiowej przepływający przez ciało i w polu elektrycznym bliskiego pola lub w otaczającym polu elektro-kwazistatycznym przyczynia się do komunikacji między urządzeniami.
Tymczasem ludzkie ciało jest przewodzącym ośrodkiem dielektrycznym, dlatego jeśli elektrody indukują sygnał wysokiej częstotliwości we wnętrzu ciała, na jego powierzchni tworzy się ścieżka prądowa. Co więcej, częstotliwości poniżej kilkudziesięciu megaherców wytwarzają pole elektryczne bliskiego pola na styku ciała i przestrzeni (powietrza), które dominuje nad dalekim polem elektromagnetycznym.
Ponieważ pola elektryczne bliskiego pola mają tendencję do wykładniczego zmniejszania się wraz z odległością, podczas transmisji występuje niewielki wyciek pola elektromagnetycznego do otaczającej przestrzeni, umożliwiając komunikację z doskonałą poufnością i bez generowania szumów elektromagnetycznych. Ograniczona odległość komunikacji może potencjalnie zmniejszyć zużycie energii w porównaniu z istniejącą technologią komunikacji bezprzewodowej, która wykorzystuje fale elektromagnetyczne unoszące się w powietrzu.
Wyróżnia się dwa rodzaje HBC: sprzężenie galwaniczne i pojemnościowe.
W sprzężeniu galwanicznym HBC sygnały zarówno elektrody, jak i elektrody masy nadajników-odbiorników są w kontakcie z ciałem. W przeciwieństwie do tego, w sprzężeniu pojemnościowym HBC, ciało jest w kontakcie tylko z elektrodą sygnałową, a elektroda uziemiająca jest pływająca. W obu typach HBC, do transmisji przyczynia się prąd przepływający przez ludzkie ciało i pole elektryczne wokół ludzkiego ciała, ale dokładne modelowanie transmisji pozostaje problematyczne.
Chociaż zaproponowano wiele systemów HBC, urządzenia te były głównie noszone na ramionach i tułowiach. Aby poszerzyć zakres zastosowań, zbadano podstawowy mechanizm transmisji HBC między urządzeniami do noszenia na głowie.
W większości przypadków aparaty słuchowe w każdym uchu komunikują się za pośrednictwem systemu komunikacji bezprzewodowej 2,45 GHz (2,45 GHz WC). Ponieważ jednak sygnały komunikacyjne to fale elektromagnetyczne o częstotliwości 2,45 GHz, są one w znacznym stopniu pochłaniane przez tkanki biologiczne głowy. Zjawisko to czasami powoduje przerwy w komunikacji między dwoma urządzeniami nausznymi.
"W tym badaniu zbadaliśmy HBC między dwoma urządzeniami do noszenia na głowie, biorąc pod uwagę komunikację między dwoma aparatami słuchowymi. Poniższy rysunek przedstawia proponowany system HBC. Zakłada się, że elektrody urządzeń do noszenia są przymocowane bezpośrednio do skóry. Jako częstotliwości nośne wybraliśmy 10, 20 i 30 MHz [...] Standard ten zapewnia warstwę kontroli dostępu do mediów obsługującą komunikację o wysokiej niezawodności i niskich opóźnieniach dla systemów medycznych i opieki społecznej. Dlatego HBC może być wykorzystywany do komunikacji między aparatami słuchowymi z punktu widzenia protokołu transmisji danych".
Ilustracja: System komunikacji międzyludzkiej (HBC) składający się z dwóch montowanych na głowie urządzeń do noszenia (aparatów słuchowych).
Więcej o WBAN i NFC
Komunikacja bliskiego zasięgu, NFC – krótkozasięgowy, wysokoczęstotliwościowy, radiowy standard komunikacji. NFC to zestaw protokołów komunikacyjnych umożliwiający bezprzewodową komunikację między dwoma urządzeniami elektronicznymi na odległość 4 cm (1,57 cala) lub mniejszą. NFC zapewnia połączenie o niskiej prędkości dzięki prostej konfiguracji, której można użyć do uruchomienia bardziej wydajnych połączeń bezprzewodowych. Podobnie jak inne technologie „kart zbliżeniowych”, NFC opiera się na sprzężeniu indukcyjnym pomiędzy dwiema antenami znajdującymi się na urządzeniach obsługujących NFC – na przykład smartfonie i drukarce – komunikujących się w jednym lub obu kierunkach, wykorzystując częstotliwość 13,56 MHz [...] Urządzenia przenośne obsługujące technologię NFC mogą być wyposażone w oprogramowanie aplikacyjne, na przykład umożliwiające odczytywanie znaczników elektronicznych lub dokonywanie płatności po podłączeniu do systemu zgodnego z NFC. Program licencjonowania patentów dla NFC jest wdrażany przez France Brevets, fundusz patentowy utworzony w 2011 r. Program ten był opracowywany przez Via Licensing Corporation, niezależną spółkę Dolby Laboratories, i został zakończony w maju 2012r. Obecne i przewidywane zastosowania obejmują transakcje zbliżeniowe, wymianę danych i uproszczoną konfigurację bardziej złożonej komunikacji, takiej jak Wi-Fi. Ponadto, gdy jedno z podłączonych urządzeń ma połączenie z Internetem, drugie może wymieniać dane z usługami online.
Szybki rozwój czujników fizjologicznych, układów scalonych o niskim poborze mocy i komunikacji bezprzewodowej umożliwił powstanie nowej generacji bezprzewodowych sieci czujników, wykorzystywanych obecnie do takich celów, jak monitorowanie ruchu drogowego, upraw, infrastruktury i zdrowia.
Dziedzina Body Area Network jest interdyscyplinarnym obszarem, który może umożliwić niedrogie i ciągłe monitorowanie stanu zdrowia z aktualizacją dokumentacji medycznej w czasie rzeczywistym za pośrednictwem Internetu. Szereg inteligentnych czujników fizjologicznych do noszenia można zintegrować w bezprzewodową sieć ciała, która może być wykorzystywana do rehabilitacji wspomaganej komputerowo lub wczesnego wykrywania schorzeń. Obszar ten opiera się na możliwości wszczepienia bardzo małych biosensorów wewnątrz ludzkiego ciała, które są wygodne i nie zakłócają normalnych czynności. Wszczepione czujniki w ludzkim ciele będą zbierać dane o różnych zmianach fizjologicznych w celu monitorowania stanu zdrowia pacjenta bez względu na jego lokalizację. Informacje będą przesyłane bezprzewodowo do zewnętrznej jednostki przetwarzającej. Urządzenie to będzie natychmiast przesyłać wszystkie informacje w czasie rzeczywistym do lekarzy na całym świecie. W przypadku wykrycia stanu zagrożenia, lekarze natychmiast poinformują pacjenta za pośrednictwem systemu komputerowego, wysyłając odpowiednie komunikaty lub alarmy.
Obecnie poziom dostarczanych informacji i zasoby energii zdolne do zasilania czujników są ograniczone. Chociaż technologia ta jest wciąż w fazie prymitywnej, jest szeroko badana i oczekuje się, że po jej przyjęciu stanie się przełomowym wynalazkiem w opiece zdrowotnej, prowadząc do urzeczywistnienia koncepcji takich jak telemedycyna i MHealth.
Warto by zacząć od tego, iż tak naprawdę wszystko podane jest nam jak na tacy, a prawda dostępna jest w zasięgu ręki.
Zastanawiający jest fakt, że po wpisaniu do Wikipedii hasła: NFC - Near Field Communication, taki właśnie rysunek dołączony jest do powyższej definicji NFC:
Wyjaśnijmy zatem po kolei co oznaczają skróty:
- NANO
NANOsieć lub sieć w nanoskali to zestaw wzajemnie połączonych nanomaszyn (urządzeń o wielkości kilkuset nanometrów lub najwyżej kilku mikrometrów), które są w stanie wykonywać jedynie bardzo proste zadania, takie jak przetwarzanie danych, przechowywanie danych, wykrywanie i uruchamianie. Oczekuje się, że nanosieci poszerzą możliwości pojedynczych nanomaszyn zarówno pod względem złożoności, jak i zakresu działania, umożliwiając im koordynację, udostępnianie i łączenie informacji. Nanosieci umożliwiają nowe zastosowania nanotechnologii w dziedzinie biomedycyny, badaniach środowiskowych, technologii wojskowej oraz zastosowaniach w przemyśle i towarach konsumenckich. Komunikacja w nanoskali jest zdefiniowana w IEEE P1906.1.
Ale co bardzo ważne: „Klasyczne paradygmaty komunikacji należy zrewidować pod kątem nanoskali. Dwie główne alternatywy komunikacji w nanoskali opierają się albo na komunikacji elektromagnetycznej, albo na komunikacji molekularnej".
- BAN - Body Area Network
Z obrazka wynika, że NANO znajdują się bezpośrednio w BAN – BODY AREA NETWORK
Sieć lokalna na ciele (BAN), nazywana także bezprzewodową siecią komputerową (WBAN), siecią czujników na ciele (BSN) lub siecią medyczną (MBAN), to bezprzewodowa sieć przenośnych urządzeń komputerowych.
- PAN - Personal Area Network
BAN znajduje się więc w PAN -PERSONAL AREA NETWORK
- LAN - Local Area Network
- CAN - Campus Area Network
Sieć kampusowa, inaczej sieć korporacyjna to sieć komputerowa składająca się z połączenia sieci lokalnych (LAN) na ograniczonym obszarze geograficznym. Sprzęt sieciowy (przełączniki, routery) i media transmisyjne (światłowód, fabryka miedzi, okablowanie Cat5 itp.) są prawie w całości własnością najemcy/właściciela kampusu: przedsiębiorstwa, uniwersytetu, rządu itp. Sieć kampusowa jest większa niż sieć lokalna, ale mniejsza niż sieć metropolitalna (MAN) lub sieć rozległa WAN
- MAN - Metropolitan Area Network
- RAN - Radio Area Network
- WAN - Wide Area Network
Podręcznikowa definicja sieci WAN to sieć komputerowa obejmująca regiony, kraje, a nawet świat. Jednakże, jeśli chodzi o zastosowanie protokołów i koncepcji komunikacyjnych, najlepszym rozwiązaniem będzie postrzeganie sieci WAN jako technologii sieci komputerowych wykorzystywanych do przesyłania danych na duże odległości i pomiędzy różnymi sieciami. Rozróżnienie to wynika z faktu, że popularne technologie sieci lokalnych (LAN), działające w niższych warstwach modelu OSI (takie jak formy Ethernet czy Wi-Fi), są często projektowane dla sieci fizycznie bliższych, a zatem nie mogą przesyłać danych w promieniu kilkudziesięciu, setki, a nawet tysięcy mil lub kilometrów.
Podsumowanie
Z powyższej ilustracji wynika zatem, że NANO znajduje się w Twoim ciele, a Twoje ciało jest węzłem w sieci, połączonym z chmurą, wewnątrz Twojej bezprzewodowej sieci osobistej 6-generacji.
Jak wiadomo z poprzedniego artykułu najlepszymi nanocząsteczkami są cząsteczki oparte na grafenie, czyż to nie jest najlepszym potwierdzeniem całej AGENDY MROKU i tego skąd nanocząsteczki w ciele ludzkim?
Ciąg dalszy nastąpi...
Praca Wspólna: Kobiety dla Ziemi
Opracowanie: Anna, Olita
Korekta: Klaudia
Źródła: