美國布朗大學研究團隊在最新一期《自然·電子學》上描述了一種無線通信網(wǎng)絡(luò)。它可有效地傳輸、接收和解碼來自數(shù)千個微電子芯片的數(shù)據(jù)。
研究團隊試圖模仿大腦神秘且高效的工作方式。對傳感器網(wǎng)絡(luò)的新設(shè)計，使得芯片可植入體內(nèi)或集成到可穿戴設(shè)備中。每個亞毫米大小的硅傳感器都可模仿大腦中神經(jīng)元通過電活動尖峰進行通信。傳感器將特定事件檢測為尖峰，然后使用無線電波實時無線傳輸該數(shù)據(jù)，從而節(jié)省能源和帶寬。
無線通信網(wǎng)絡(luò)能處理數(shù)千微芯片數(shù)據(jù)。圖片來源：布朗大學官網(wǎng)
團隊在計算機上設(shè)計和模擬了復雜的電子設(shè)備，并通過多次制造迭代來創(chuàng)建傳感器。該研究引入了一種稱為“神經(jīng)顆?！钡男滦蜕窠?jīng)接口系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用微型無線傳感器的協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)來記錄和刺激大腦活動。
研究人員展示了該系統(tǒng)的效率及其擴展性。他們在實驗室中使用78個傳感器測試了該系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)即使傳感器在不同時間傳輸，也能以很少的錯誤收集和發(fā)送數(shù)據(jù)。他們還展示了使用大約8000個假設(shè)植入的傳感器解碼從靈長類動物大腦中收集的數(shù)據(jù)。
研究人員表示，醫(yī)學界對微型設(shè)備的需求日益增長，這些設(shè)備既要高效、不引人注目，又要能作為大型整體的一部分來運行，以繪制整個感興趣區(qū)域的生理活動圖。而今這項研究標志著大規(guī)模無線傳感器技術(shù)向前邁出了重要一步，為下一代可植入和可穿戴生物醫(yī)學傳感器奠定了基礎(chǔ)。
大腦是人們迄今所知的最有效率的“機器”。它能以一種非?！跋∈琛钡姆绞焦ぷ鳌Ｉ窠?jīng)元不會一直放電，它們壓縮數(shù)據(jù)并稀疏地觸發(fā)，效率高的驚人。研究人員此次就在新開發(fā)的無線通信方法中模仿了這種工作方式。傳感器不會一直發(fā)送數(shù)據(jù)，它們只是根據(jù)需要以短電脈沖的形式發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，并且它們能夠獨立于其他傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)，而無需與中央接收器協(xié)調(diào)。該方法將節(jié)省大量能源，并避免中央接收器中充斥著意義不大的數(shù)據(jù)。（張夢然）
（責任編輯：蔡文斌）
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