對於布朗大學工程師領導的科學家團隊來說，一種微型晶片的發明可能帶來一項重大突破。研究小組在《自然-電子學》雜誌上撰文，介紹了一種新穎的無線通訊網路方法，可以從數千個微電子晶片中有效地傳輸、接收和解碼數據，而每個晶片的大小都不超過一粒鹽。

感測器網路的設計使晶片可以植入人體或整合到穿戴式裝置中。每個亞毫米大小的矽感測器都模仿大腦神經元透過尖峰電活動進行溝通的方式。感測器偵測到特定的尖峰事件，然後利用無線電波即時無線傳輸數據，從而節省了能源和頻寬。

布朗大學博士後研究員、該研究的第一作者李繼勳（Jihun Lee）說：”我們的大腦以一種非常稀疏的方式工作。神經元不會一直發射。它們壓縮數據，稀疏地發射，因此效率非常高。我們的無線通訊方法就是在模仿這種結構。感測器不會一直發送數據–它們只會在需要時發送相關數據，就像短暫的電脈衝一樣，而且它們能夠獨立於其他感測器發送數據，無需與中央接收器協調。透過這樣做，我們可以節省大量能源，避免中央接收器中心被意義不大的資料淹沒。”

這種射頻傳輸方案還使系統具有可擴展性，並解決了當前感測器通訊網路的一個常見問題：它們必須完全同步才能正常運作。

研究小組在《自然-電子學》（Nature Electronics）雜誌上撰文，介紹了一種新穎的無線通訊網路方法，可以從數千個微電子晶片中高效地傳輸、接收和解碼數據，而每個晶片的大小都不超過一粒鹽。圖片來源：Nick Dentamaro/布朗大學

研究人員說，這項工作標誌著大規模無線感測器技術向前邁出了重要一步，有朝一日可能會幫助科學家們確定如何從這些小小的矽元件中收集和解讀信息，特別是由於現代科技的發展，電子感測器已變得無處不在。

布朗大學工程學院教授、該研究的資深作者阿爾托-努爾米科（Arto Nurmikko）說：”我們生活在一個感測器的世界裡。感測器無所不在。它們當然出現在我們的汽車裡，出現在許多工作場所，而且越來越多地進入我們的家庭。對這些感測器來說，最苛刻的環境永遠是人體內部。”

因此，研究人員認為該系統有助於為下一代植入式和穿戴式生物醫學感測器奠定基礎。醫學界越來越需要高效、不顯眼、不易察覺的微型設備，這些設備還能作為大型組合的一部分運行，以繪製整個相關區域的生理活動圖。”

李說：”在實際開發這種基於尖峰的無線微傳感器方面，這是一個里程碑。如果我們繼續使用傳統方法，就無法收集到這些應用在這類下一代系統中需要的高信道數據。”

感測器所識別和傳輸的事件可以是特定的事件，例如監測環境的變化，包括溫度波動或某些物質的存在。

感測器之所以能夠使用如此少的能源，是因為外部收發器在感測器傳輸資料時為其提供無線供電，這意味著感測器只需在收發器發出的能量波範圍內就能獲得充電。這種無需插入電源或電池即可運作的能力使它們在許多不同的情況下都能方便、靈活地使用。

研究小組在電腦上設計和模擬了複雜的電子裝置，並透過多次製造迭代來製造感測器。這項工作建立在Nurmikko 在布朗大學實驗室先前研究的基礎上，該研究推出了一種名為”神經粒”的新型神經介面系統。該系統使用由微型無線感測器組成的協調網路來記錄和刺激大腦活動。

“這些晶片是相當複雜的微型電子設備，我們花了一段時間才做到這一點，”隸屬於布朗大學卡尼腦科學研究所的努爾米科說。”要客製化操縱這些感測器電子特性的幾種不同功能–它們基本上被擠壓到矽片的幾分之一毫米空間–所需的工作量和精力並不小。”

研究人員展示了他們系統的效率，以及該系統的潛在擴展能力。他們使用實驗室中的78 個感測器對系統進行了測試，發現即使感測器在不同時間傳輸數據，也能準確無誤地收集和發送數據。透過模擬，他們能夠展示如何利用約8,000個假定植入的感測器，解碼從靈長類動物大腦中收集到的數據。

研究人員表示，下一步工作包括優化系統以降低功耗，以及探索神經技術以外的更廣泛應用。

李說：”目前的工作提供了一種方法，我們可以在此基礎上進一步發展。”

編譯自: ScitechDaily