對于美國布朗大學(xué)工程師領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團隊來說，一種微型芯片的發(fā)明可能帶來一項重大突破。研究小組在美國《自然·電子學(xué)》雜志上撰文，介紹了一種新穎的無線通信網(wǎng)絡(luò)方法，這種網(wǎng)絡(luò)可以從數(shù)千個微電子芯片中有效地傳輸、接收和解碼數(shù)據(jù)，而每個芯片的大小都不超過一粒鹽。

傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計使芯片可以植入人體或集成到可穿戴設(shè)備中。每個亞毫米大小的硅傳感器都模仿大腦神經(jīng)元通過尖峰電活動進行交流的方式。傳感器檢測到特定的尖峰事件， 然后利用無線電波實時無線傳輸數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了能源和帶寬。

美國布朗大學(xué)博士后研究員、該研究的第一作者李繼勛說：“我們的大腦以一種非常稀疏的方式工作。神經(jīng)元不會一直發(fā)射。它們壓縮數(shù)據(jù)，稀疏地發(fā)射，因此效率非常高。我們的無線通信方法就是在模仿這種結(jié)構(gòu)。傳感器不會一直發(fā)送數(shù)據(jù)，它們只會在需要時發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，就像短暫的電脈沖一樣，而且它們能夠獨立于其他傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)，無需與中央接收器協(xié)調(diào)。通過這樣做，我們可以節(jié)省大量能源，避免中央接收器中心被意義不大的數(shù)據(jù)淹沒?！?p>

這種射頻傳輸方案還使系統(tǒng)具有可擴展性，并解決了當(dāng)前傳感器通信網(wǎng)絡(luò)的一個常見問題：它們必須完全同步才能正常工作。

研究人員表示這項工作標(biāo)志著大規(guī)模無線傳感器技術(shù)向前邁出了重要一步，有朝一日可能會幫助科學(xué)家們確定如何從這些小小的硅器件中收集和解讀信息，特別是由于現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子傳感器已變得無處不在。

美國布朗大學(xué)工程學(xué)院教授、該研究的資深作者阿爾托· 努爾米科說：“我們生活在一個傳感器的世界里。傳感器無處不在。它們當(dāng)然出現(xiàn)在我們的汽車里，出現(xiàn)在許多工作場所， 而且越來越多地進入我們的家庭。對這些傳感器來說，最苛刻的環(huán)境永遠是人體內(nèi)部?！?/p>

因此，研究人員認為該系統(tǒng)有助于為下一代植入式和可穿戴式生物醫(yī)學(xué)傳感器奠定基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)界越來越需要高效、不顯眼、不易察覺的微型設(shè)備，這些設(shè)備還能作為大型組合的一部分運行，以繪制整個相關(guān)區(qū)域的生理活動圖。

李繼勛說：“在實際開發(fā)這種基于尖峰的無線微傳感器方面，這是一個里程碑。如果我們繼續(xù)使用傳統(tǒng)方法，就無法收集到這些應(yīng)用在這類下一代系統(tǒng)中需要的高信道數(shù)據(jù)?！?/p>

傳感器所識別和傳輸?shù)氖录梢允翘囟ǖ氖录?如監(jiān)測環(huán)境的變化， 包括溫度波動或某些物質(zhì)的存在。

傳感器之所以能夠使用如此少的能源，是因為外部收發(fā)器在傳感器傳輸數(shù)據(jù)時為其提供無線供電，這意味著傳感器只需在收發(fā)器發(fā)出的能量波范圍內(nèi)就能獲得充電。這種無需插入電源或電池即可運行的能力使它們在許多不同的情況下都能方便、靈活地使用。

研究小組在計算機上設(shè)計和模擬了復(fù)雜的電子器件，并通過多次制造迭代來制造傳感器。這項工作建立在努爾米科在布朗大學(xué)實驗室先前研究的基礎(chǔ)上，該研究推出了一種名為“神經(jīng)?！钡男滦蜕窠?jīng)接口系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一個由微型無線傳感器組成的協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)來記錄和刺激大腦活動。

“這些芯片是相當(dāng)復(fù)雜的微型電子設(shè)備，我們花了一段時間才做到這一點，”隸屬于美國布朗大學(xué)卡尼腦科學(xué)研究所的努爾米科說?！耙ㄖ撇倏v這些傳感器電子特性的幾種不同功能，它們基本上被擠壓到硅片的幾分之一毫米空間，所需的工作量和精力并不小?！?/p>

研究人員展示了他們系統(tǒng)的效率，以及該系統(tǒng)的潛在擴展能力。他們使用實驗室中的78個傳感器對系統(tǒng)進行了測試，發(fā)現(xiàn)傳感器在不同時間傳輸數(shù)據(jù)，也能準(zhǔn)確無誤地收集和發(fā)送數(shù)據(jù)。通過模擬，他們能夠展示如何利用約8000個假定植入的傳感器，解碼從靈長類動物大腦中收集到的數(shù)據(jù)。

研究人員表示，下一步工作包括優(yōu)化系統(tǒng)以降低功耗，以及探索神經(jīng)技術(shù)以外的更廣泛應(yīng)用。

李繼勛表示目前的工作提供了一種方法，我們可以在此基礎(chǔ)上進一步發(fā)展。（綜合整理報道）（策劃/羅媛）