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絡。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。對傳感器網絡的新設計，使得芯片可植入體內或集成到可穿戴設備中。每個亞毫米大小的硅傳感器都可模仿大腦中神經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。

無線通信網絡能處理數(shù)千微芯片數(shù)據(jù)。圖片來源：布朗大學官網

團隊在計算機上設計和模擬了復雜的電子設備，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“神經顆粒”的新型神經接口系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用微型無線傳感器的協(xié)調網絡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)學界對微型設備的需求日益增長，這些設備既要高效、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。

大腦是人們迄今所知的最有效率的“機器”。它能以一種非常“稀疏”的方式工作。神經元不會一直放電，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。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)。