211service.com
Implantuojamas nervinis jutiklis be baterijų
Dėl mažėjančio elektronikos dydžio mokslininkai tiria vis sudėtingesnius implantuojamus prietaisus, atverdami kelią naujiems protezams ir smegenų bei mašinų sąsajoms. Tačiau didelis iššūkis buvo, kaip tiekti energiją elektroniniams komponentams, įterptiems į korpusą.
Išsiurbkite: Šis mažos galios neuroninis stiprintuvas renka elektrinius signalus iš nervų ir sumažina elektrinį triukšmą.
Dabar Vašingtono universiteto elektros inžinieriai sukūrė implantuojamą nervinio jutimo lustą, kuriam reikia mažiau energijos. Kiti belaidžiai medicinos prietaisai, tokie kaip sraigės ar tinklainės implantai, remiasi indukcine jungtimi, o tai reiškia, kad maitinimo šaltinis turi būti centimetrų atstumu. Naujoji jutiklių platforma, vadinama NeuralWISP, maitina energiją iš radijo šaltinio, esančio iki metro atstumu.
Įrenginyje yra mikroprocesorius, maitinamas komercinio radijo dažnių skaitytuvo, kuris kartu atlieka ir duomenų rinkimo įrenginį. Ta pati įranga naudojama radijo dažnių identifikavimo (RFID) žymų informacijai maitinti ir nuskaityti. Eksperimentų metu mokslininkai naudojo naują prietaisą, norėdami pajusti kandžių centrinės nervų sistemos veiklą, kad ištirtų jo judėjimą.
Pastaruoju metu buvo padaryta tam tikra pažanga mažinant nervinių implantų dydį, tačiau dauguma implantuojamų prietaisų vis dar yra gana sudėtingi. Šiems įrenginiams paprastai reikia kelių komponentų, tokių kaip laikrodis, skirtas laiko nustatymo operacijoms, ir antena, skirta ryšiui ir energijos paėmimui, kurie yra gana dideli, palyginti su mikrovaldiklio tranzistoriais, sako Brianas Otisas, Vašingtono universiteto elektrotechnikos profesorius. pagrindinis NeuralWISP tyrėjas.
Mikroschema gali turėti milijonus tranzistorių, kurių tūris yra mažesnis nei kubinis milimetras, tačiau problema yra dėl papildomų dalių, sako Otisas. Mūsų tikslas – viską sutraukti į vieną lustą ir sumažinti šių komponentų energijos sąnaudas, kad lustą būtų galima maitinti belaidžiu būdu.
NeuralWISP yra mažesnių, mažesnės galios komponentų, tokių kaip specializuotas signalo stiprintuvas, rinkinys ant kiek ilgesnės nei dviejų centimetrų plokštės. Būsimoje versijoje visi komponentai bus integruoti į vieną lustą, kurio dydis yra vienas milimetras x du milimetrai. Grandinė konvertuoja naudojamą skaitytuvo galią – maždaug 430 mikrovatų – į įtampą, kuri gali įjungti mikrovaldiklį. Šis mikrovaldiklis savo ruožtu valdo jutiklį ir jo laikmatį bei vykdo instrukcijas, leidžiančias duomenis siųsti atgal į skaitytuvą.
Plakti nemokamai: Ši pririšta kandis yra prijungta prie nervinės jutimo sistemos, kuri užfiksuoja centrinės nervų sistemos veiklą, kai plasnoja sparnais.
Vienas iš pagrindinių energijos taupymo būdų, sako Otis, buvo sumažinti, kaip dažnai jutiklis matuoja neuronų generuojamus elektrinius signalus. Tyrėjai užprogramavo mikrovaldiklį, kad jis atsibustų, kai įvyktų elektros šuolis, ir įrašytų tik signalus, viršijančius tam tikrą slenkstį. Neurologai domisi smailių dažniu, sako Otisas. Mes neskaitmeniname visos smegenų bangos formos.
Be keleto mažos galios grandinės projektavimo sumetimų, mokslininkai sukūrė nedidelį signalo stiprintuvą, kuris sustiprina neuronų elektrinį signalą ir sumažina elektrinį triukšmą. Tam jie padalijo gaunamą signalą į dvi dalis. Iš neuroninės veiklos gaunamos elektros kiekis yra toks pat, tačiau padalijus ją tarp tranzistorių poros grandinėje, triukšmo kiekis sumažėja per pusę.
Kandžių eksperimento metu mokslininkai išbandė sistemą be baterijų, rinkdami duomenis apie elektrinius signalus iš kandžių sparnų raumenų. Bandymai parodė, kokiu dažnumu kandis plaka sparnais. Rezultatai skelbiami žurnale IEEE sandoriai dėl biomedicininių grandinių ir sistemų ; tyrėjai taip pat aptarė darbą antradienį Berklyje, Kalifornijoje, vykusiame aukščiausiojo lygio susitikime dėl belaidžių identifikavimo ir jutimo platformų (WISP). Dabartinė sistema yra per didelė, kad drugys galėtų laisvai skristi, tačiau būsimas lustas, kuris bus pristatytas vasario mėn., yra pakankamai mažas, kad būtų galima skraidyti be trukdžių, sako Otisas.
Dauguma implantuojamų prietaisų naudojo žemesnius dažnius, sako Joshas Smithas , „Intel“ vyriausiasis inžinierius ir organizatorius WISP viršūnių susitikimas . Mažesnis dažnis taip pat reiškia, kad prietaisai turi būti nuskaitomi iš arti, priduria jis. Komercinių RFID skaitytuvų naudojimas, sako Smithas, leidžia maitinti įrenginį ir nuskaityti duomenis iš toliau. Tačiau jis sako, kad vis dar atviras klausimas, ar antena išlaikys ilgą atstumą, kai bus implantuota į gyvūnų audinius, nes signalas gali būti absorbuojamas. Jis sako, kad kandžių matavimas puikiai tinka šiam metodui, nes antena neturi patekti į gyvūno audinį.
Browno inžinerijos profesorius Arto Nurmikko sutinka, sakydamas, kad kandžių nervinį aktyvumą išmatuoti naudinga, tačiau tikrieji iššūkiai ir pritaikymo potencialas iškyla dirbant su primatais.