近日，美國(guó)布朗大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然·電子學(xué)》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(gè)微電子芯片的數(shù)據(jù)。

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(xué)官網(wǎng)

研究團(tuán)隊(duì)試圖模仿大腦神秘且高效的工作方式。對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的新設(shè)計(jì)，使得芯片可植入體內(nèi)或集成到可穿戴設(shè)備中。每個(gè)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(dòng)尖峰進(jìn)行通信。傳感器將特定事件檢測(cè)為尖峰，然后使用無線電波實(shí)時(shí)無線傳輸該數(shù)據(jù)，從而節(jié)省能源和帶寬。

團(tuán)隊(duì)在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)和模擬了復(fù)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(dòng)。

研究人員展示了該系統(tǒng)的效率及其擴(kuò)展性。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中使用78個(gè)傳感器測(cè)試了該系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)即使傳感器在不同時(shí)間傳輸，也能以很少的錯(cuò)誤收集和發(fā)送數(shù)據(jù)。他們還展示了使用大約8000個(gè)假設(shè)植入的傳感器解碼從靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦中收集的數(shù)據(jù)。

研究人員表示，醫(yī)學(xué)界對(duì)微型設(shè)備的需求日益增長(zhǎng)，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(yùn)行，以繪制整個(gè)感興趣區(qū)域的生理活動(dòng)圖。而今這項(xiàng)研究標(biāo)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(xué)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(jī)器”。它能以一種非常“稀疏”的方式工作。神經(jīng)元不會(huì)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(huì)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(dú)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)。

原標(biāo)題：“類腦”無線網(wǎng)絡(luò)可處理數(shù)千微芯片數(shù)據(jù)，為下一代可植入和可穿戴傳感器奠定基礎(chǔ)