激光网3月20日消息，研究人员报告说，微小的芯片可能是一个重大突破。
他们为无线通信网络提供了一种新的方法，可以有效地传输、接收和解码来自数千个微电子芯片的数据，每个微电子芯片都不超过一粒盐。
传感器网络的设计使得芯片可以植入体内或集成到可穿戴设备中。每个亚毫米级的硅传感器都模仿大脑中神经元如何通过电活动尖峰进行交流。传感器将特定事件检测为尖峰，然后使用无线电波实时无线传输该数据，从而节省能源和带宽。
“我们的大脑以一种非常稀疏的方式工作，”布朗大学的博士后研究员、该研究的主要作者Jihun Lee说，该研究发表在《自然电子》杂志上。
“神经元不会一直放电。它们压缩数据并稀疏地触发，因此它们非常高效。我们在无线通信方法中模仿了这种结构。传感器不会一直发送数据，它们只是根据需要发送相关数据，如短时间的电尖峰，并且它们能够独立于其他传感器进行发送，而无需与中央接收器协调。通过这样做，我们将设法节省大量能源，并避免用意义较小的数据淹没我们的中央接收器集线器。
这种射频传输方案还使系统具有可扩展性，并解决了当前无线传感器通信网络的一个常见问题：它们都需要完美同步才能正常工作。
研究人员表示，这项工作标志着大规模无线传感器技术向前迈出了重要一步，有朝一日可能有助于塑造科学家如何从这些小型硅设备中收集和解释信息，特别是因为电子传感器由于现代技术而变得无处不在。
“我们生活在一个传感器的世界里，”资深作者、布朗大学工程学院教授Arto Nurmikko说。“他们到处都是。它们肯定在我们的汽车中，它们在许多工作场所，并且越来越多地进入我们的家中。对于这些传感器来说，最苛刻的环境将始终在人体内部。
这就是为什么研究人员认为该系统可以帮助为下一代植入式和可穿戴式生物医学传感器奠定基础。医学界对高效、不显眼且不引人注意的微型设备的需求越来越大，但这些微型设备也作为大型集合的一部分运行，以绘制整个感兴趣区域的生理活动。
“就实际开发这种基于尖峰的无线微传感器而言，这是一个里程碑，”Lee说。“如果我们继续使用传统方法，我们就无法收集这些应用在这些下一代系统中所需的高信道数据。
传感器识别和传输的事件可以是特定事件，例如它们所监测的环境变化，包括温度波动或某些物质的存在。
传感器能够使用尽可能少的能量，因为外部收发器在传输数据时为传感器提供无线电源，这意味着它们只需要在收发器发出的能量波范围内即可充电。这种无需插入电源或电池即可运行的能力使它们方便且用途广泛，可在许多不同的情况下使用。
该团队在计算机上设计和模拟了复杂的电子设备，并进行了多次制造迭代以创建传感器。这项工作建立在Nurmikko实验室先前的研究基础上，该研究引入了一种称为“神经颗粒”的新型神经接口系统。该系统使用微型无线传感器的协调网络来记录和刺激大脑活动。
“这些芯片作为微型微电子设备非常复杂，我们花了一段时间才到达这里，”Nurmikko说，他也隶属于布朗的卡尼脑科学研究所。“在操纵这些传感器的电子性质时，定制几种不同功能所需的工作量和精力 - 基本上被压缩到几分之一毫米的硅空间 - 并非微不足道。
研究人员展示了他们系统的效率以及它可能扩大的程度。他们在实验室中使用了78个传感器测试了该系统，发现即使传感器在不同时间传输，它们也能够收集和发送数据，几乎没有错误。通过模拟，他们能够展示如何使用大约8000个假设植入的传感器来解码从灵长类动物大脑收集的数据。
研究人员表示，接下来的步骤包括优化系统以降低功耗，并探索神经技术以外的更广泛应用。
