Yenilikler

Tuz büyüklüğündeki sensörlerden veri toplamak için beyinden ilham alan kablosuz sistem

Brown Üniversitesi mühendisleri tarafından yönetilen bir bilim insanı ekibi için küçük çipler büyük bir atılım anlamına gelebilir.

Yazma Doğa ElektroniğiAraştırma ekibi, her biri bir tuz tanesinden daha büyük olmayan binlerce mikroelektronik çipten verileri verimli bir şekilde iletebilen, alabilen ve bunların kodunu çözebilen kablosuz bir iletişim ağı için yeni bir yaklaşım tanımlıyor.

Sensör ağı, çiplerin vücuda yerleştirilebilmesi veya giyilebilir cihazlara entegre edilebilmesi için tasarlandı. Milimetre altı boyutlu silikon sensörlerin her biri, beyindeki nöronların elektriksel aktivitedeki artışlar yoluyla nasıl iletişim kurduğunu taklit ediyor. Sensörler belirli olayları ani artışlar olarak algılar ve ardından bu verileri radyo dalgalarını kullanarak kablosuz olarak gerçek zamanlı olarak ileterek hem enerjiden hem de bant genişliğinden tasarruf sağlar.

Brown’da doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın baş yazarı Jihun Lee, “Beynimiz çok seyrek çalışıyor” dedi. “Nöronlar her zaman ateşlenmezler. Verileri sıkıştırırlar ve seyrek ateşlenirler, böylece çok verimli olurlar. Biz de kablosuz telekomünikasyon yaklaşımımızda bu yapıyı taklit ediyoruz. Sensörler her zaman veri göndermeyecek; Sadece ihtiyaç duyulduğunda ilgili verileri kısa süreli elektrik ani patlamaları halinde gönderecekler ve bunu diğer sensörlerden bağımsız olarak ve merkezi bir alıcıyla koordinasyona gerek kalmadan yapabilecekler.Bunu yaparak, çok fazla enerji tasarrufu sağlamayı başarabilir ve Merkezi alıcı merkezimizi daha az anlamlı verilerle dolduruyoruz.”

Bu radyo frekansı iletim şeması aynı zamanda sistemi ölçeklenebilir hale getiriyor ve mevcut sensör iletişim ağlarındaki yaygın bir sorunu çözüyor: hepsinin iyi çalışması için mükemmel şekilde senkronize edilmesi gerekiyor.

Araştırmacılar, çalışmanın büyük ölçekli kablosuz sensör teknolojisinde ileriye doğru atılmış önemli bir adım olduğunu ve özellikle modern teknolojinin bir sonucu olarak elektronik sensörlerin her yerde yaygın hale gelmesi nedeniyle, bir gün bilim adamlarının bu küçük silikon cihazlardan bilgileri nasıl toplayıp yorumlayacaklarını şekillendirmeye yardımcı olabileceğini söylüyor.

Brown Mühendislik Okulu’nda profesör ve çalışmanın kıdemli yazarı Arto Nurmikko, “Sensörlerle dolu bir dünyada yaşıyoruz” dedi. “Her yerdeler. Kesinlikle otomobillerimizdeler, pek çok iş yerindeler ve giderek evlerimize giriyorlar. Bu sensörler için en zorlu ortam her zaman insan vücudunun içi olacaktır.”

Bu nedenle araştırmacılar, sistemin yeni nesil implante edilebilir ve giyilebilir biyomedikal sensörlerin temelini atmaya yardımcı olabileceğine inanıyor. Tıpta etkili, dikkat çekmeyen ve fark edilmeyen, aynı zamanda tüm ilgi alanı boyunca fizyolojik aktiviteyi haritalandırmak için büyük bir topluluğun parçası olarak çalışan mikro cihazlara yönelik artan bir ihtiyaç vardır.

Lee, “Bu, bu tür spike tabanlı kablosuz mikrosensörün gerçekten geliştirilmesi açısından bir dönüm noktasıdır” dedi. “Konvansiyonel yöntemleri kullanmaya devam edersek bu tür yeni nesil sistemlerde bu uygulamaların ihtiyaç duyacağı yüksek kanal verilerini toplayamayız.”

Sensörlerin tanımladığı ve ilettiği olaylar, sıcaklık dalgalanmaları veya belirli maddelerin varlığı da dahil olmak üzere izledikleri ortamdaki değişiklikler gibi spesifik olaylar olabilir.

Sensörler olabildiğince az enerji kullanabiliyor çünkü harici alıcı-vericiler, sensörler verilerini iletirken sensörlere kablosuz güç sağlıyor; yani şarj almak için yalnızca alıcı-verici tarafından gönderilen enerji dalgalarının menzili içinde olmaları gerekiyor. Bir güç kaynağına veya pile bağlanmaya gerek kalmadan çalışabilme yeteneği, onları birçok farklı durumda kullanım için uygun ve çok yönlü hale getirir.

Ekip, karmaşık elektronikleri bir bilgisayarda tasarlayıp simüle etti ve sensörleri oluşturmak için çeşitli üretim yinelemeleri üzerinde çalıştı. Çalışma, Nurmikko’nun Brown’daki laboratuvarında “nörotaneler” adı verilen yeni bir tür sinirsel arayüz sistemi sunan önceki araştırmalara dayanıyor. Bu sistem, beyin aktivitesini kaydetmek ve uyarmak için küçük kablosuz sensörlerden oluşan koordineli bir ağ kullandı.

Brown’un Carney Beyin Bilimi Enstitüsü’ne bağlı Nurmikko, “Bu çipler minyatür mikroelektronik cihazlar kadar karmaşık ve buraya gelmemiz biraz zaman aldı” dedi. “Bu sensörlerin elektronik yapısını manipüle etmek için çeşitli farklı fonksiyonların özelleştirilmesi için gerekli olan iş ve çaba miktarı – temel olarak bir milimetrelik silikon alanının bir kısmına sıkıştırılmıştır – önemsiz değildir.”

Araştırmacılar, sistemlerinin verimliliğinin yanı sıra potansiyel olarak ne kadar ölçeklendirilebileceğini de gösterdiler. Sistemi laboratuvarda 78 sensör kullanarak test ettiler ve sensörler farklı zamanlarda iletim yaparken bile çok az hatayla veri toplayıp gönderebildiklerini buldular. Simülasyonlar aracılığıyla, varsayımsal olarak implante edilmiş yaklaşık 8.000 sensörü kullanarak primatların beyinlerinden toplanan verilerin nasıl çözüleceğini gösterebildiler.

Araştırmacılar, sonraki adımların sistemin daha düşük güç tüketimi için optimize edilmesini ve nöroteknolojinin ötesinde daha geniş uygulamaları keşfetmeyi içerdiğini söylüyor.

Lee, “Mevcut çalışma, daha da geliştirebileceğimiz bir metodoloji sağlıyor” dedi.

Kaynak ve İleri Okuma: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/03/240319123018.htm

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu