Miniaturized Neural Record Cihazları Giyilebilir Sinirli Çözümleri için Tasarlamak

Mühendislik Challenge: Beyine Küçük Pencere İnşa Etmek

Nöromühendislik, uzun yıllar boyunca, kayıt sinir aktivitesinin sabit laboratuvar ekipmanları, telli kapaklar veya cerrahi olarak implante edilmiş diziler için bir cihaz inşa etmek için küçük, sorunsuz bir şekilde veri toplamadan, kullanıcının sürekli olarak şarj edilmesi veya dünyanın içinden hareket etmesi anlamına gelen küçük bir cihaz oluşturmak için nasıl yapılır?

Miniaturized sinir kayıt cihazları sadece daha büyük öncekilerin ölçeklerini ölçeklendirmez. sinyal satın alma değişikliklerini küçük ölçeklerde yapar. elektrotoksit, termal gürültü ve yükseltici giriş özellikleri tümünde daha zorlu hale gelir. Ancak bu makale, bu hızlı teknoloji ve gelecekteki trajektörleri bu hızlı teknoloji için dönüştürebilir.

Neural Recorders'ı Miniaturing

Miniaturizasyon tek bir hedef değil, çok boyutlu bir optimizasyon sorunudur. Her kısıtlama diğerleriyle etkileşime girer, doğrudan cihazı performansı ve kullanılabilirliği etkileyen ticari devreler yapmak için mühendislere meydan okumalıdır.

Fiziksel Boyut ve Form Faktörü

En belirgin kısıtlama boyutudur. Giysilenebilir cihazlar, kulak arkasında veya tapınakta kolayca sığmalıdır. implant edilebilir versiyonlar için, hacim genellikle kablosuz sinir kayıtlarında motes'i pirinç gibi küçük bir tahıl gerekir, ancak bu da kapasitörler gibi özelliklere sahip olmak için çok fazla kanallayıcılar ölçeklendirmemelidir.In Kaliforniya'daki araştırmacılar, Berkeley’nin)

İç Mekanlarda Güç Yönetimi

Güç belki de en inatçı şişenck. Daha küçük bir batarya daha az şarj tutar, ancak elektronikler, düşük seviyeli mikro volt seviyesindeki sinir sinyallerine güvenmelidir ve verileri kablosuz olarak iletir - kullanıcı, birçok enerji türünden şarj edilebilir bir batarya kullanır, örneğin termoelektrikli bir enerji tasarrufu sağlar.

Noisy Ortamlarında Sinyal Kalitesi

Neural sinyalleri 10 ila 100 mikrovolta aralığında – bir ECG veya EEG sinyalinin geleneksel olarak ölçülmesiyle ölçüldüğü gibi küçük sinyalleri düzelterek, IoT analarını, kas eserlerini ve radyo-fretasyonunu kullanarak, büyük bir tasarım meydan okumasıdır. Miniaturizasyon, bu sorunu daha az elektrotoksisiteye sahip olduğu için daha az elektrotoksitsal gürültüyü arttırır ve daha belirgin bir şekilde entegre eder. Gelişmiş önyüklemeler daha doğrulayıcılar kullanır.

Biocompatability ve Long-Term Stability

Deriye dokunan cihazlar için veya implante edilir, malzemeler tahrişe, inflamasyona veya toksik tepkilere neden olmamalıdır. Altın, platin ve iridium oksit ortak elektrot malzemelerdir, ancak şarj edilebilir ve uzun vadeli korozyon direncine sahiptir.Sıkıtlı sistemler için, dış vücut yanıtı - cihazı mekanik yanlış bir şekilde sokmaya izin veren vücut kontrasepsiyonunu azaltın.

Design Strategies for Wearable Neural Record

Yukarıdaki zorluklardan başlayarak, mühendisler miniaturizasyon ile denge performansının bir dizi tasarım stratejisi üzerinde bir araya geldiler. Bu stratejiler karşılıklı olarak özel değildir; birçok başarılı cihaz birkaçını birleştirir.

Tümleşik Devre ve Sistem-on-Chip (SoC) Tasarım

İlk strateji, tek bir silikonun ölmesiyle mümkün olan birçok işlevi entegre etmektir. Modern sinir SoCs, amplifikatör (ADC), dijital sinyal işleme ve kablosuz transceiversiteyi bir çipe entegre etmek, genellikle 5 mm2'den daha az. Bu, aşırı şarj cihazını ortadan kaldırmak, RFID baskısını azaltmak ve daha düşük güç sağlar. Örneğin,0XISP platformu )

Belki de en heyecan verici uygulama beyin-bilgisayar arayüzüdür. non-vazif BCIs using EEG from miniaturized giyilebilir kulaklıksets already allows users to control cursors, maged miniaturized arrays offer higherband[D:0)Neurable), bu kuru elektrotları ve VR ve verimlilik uygulamaları için gerçek zamanlı işlemeyi kolaylaştıran kablosuz EEGets [Döneticileri kontrol etmek için çok daha güvenli bir şekilde optimize eden mikroekonomikler sunar.

Kişisel Wellness ve Bilişsel Geliştirme

Tüketici sınıfı yıllarca kullanılabilir (örneğin, Muse, NeuroSky) ancak karmaşık görevler sırasında sadece birkaç kuru elektrot kullanıyor ve sürücülerin veya pilotların erken belirtilerini tespit edebilecek şekilde küçük bir sinyal-noise oranını tespit ediyorlar.Ancak, bu sinyalin doğruluğunun iyileştirilmesi veya azaltılması için gerçek zamanlı nörofeedback içerir, karmaşık görevler sırasında zihinsel iş yükleri takip eder ve sürücülerin veya pilot veya pilotların veya pilotların için bebekleri izlemesi gerekir.

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Alan hızla ilerliyor, yarı iletken üretim, malzemeler ve makine öğreniminde paralel gelişmelerle yönlendiriliyor. Bir sonraki nesil cihazlar muhtemelen bilim kurgusu gibi görünen özellikleri entegre edecek.

Kablosuz Güçle Tamamen Implantable Microsystems

Bir büyük hedef, bir iğne ile enjekte edilebilir ve dış bir aşınmadan kablosuz olarak şarj edilebilir cihazlar oluşturmak için yeterince küçük cihazlar oluşturmaktır.SpekFLT:0)UC San Diego[Dönder: 1) Mikropajlar, çeşitli motes, alt-millimeter-size-uzaydaklar-sigara-sigaralar, her biri bir elektrod, yükseltici ve arkascatter verici bir amplifiğe veya kafa karıştırıcı darbe ile birçok yoğun hasarları önlemek için.

Gerçek Zaman İşleme için Yapay Zeka

Çiğ veri iletiminden başlayarak, bu donanım hızlandırıcıları, her yeni kullanıcı için büyük veri setlerini gerektiren hastalarda genelleme için onları eğiterek, nöbetleri tespit edebilir veya kodlanan hareketleri milisans içinde tespit edebilir.Bu donanım hızlandırıcıları ancak mikrowattları tüketebilir.

Vücut Enerjisinden Enerji

Piller giyilebilir cihazlardaki en zayıf bağlantı kalır. Onlar sert, sınırlı döngüler vardır ve periyodik yedek gerektirir. Vücut ısısından (daha düşük enerji için) hareket (piezoelektrik veya triboelektrik), veya biyo yakıt hücreleri (aslında sıvılar için şeker kullanmak) sürekli bir işlem. Sıcaklıktan yüksek çözünürlükte ancak hafife gelen küçük bir enerji ile birlikte küçük bir enerji tasarrufu sağlayan küçük bir enerji miktarı ile birlikte ısıtılabilir.

Gelişmiş Biyoaksiyon Malzemeleri

Malzemeler bilimi, yabancı vücut yanıtını azaltan ve yıllarca düşük dürtülü polimerler oluşturur:PSS, kronik implantasyon sırasında mikrokökez veya delaminasyona sahip olan daha yüksek şarjlı elektronikler, birkaç hafta sonra çözebilecek olan nanotüpler ve grafiklere sahip olur.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Miniaturized sinir kayıt cihazları, beyin ve dış dünya arasındaki engellerin nasıl yükseltileceğinin üzerindedir. Beyin ile dalga geçiyor.Demekli yükselticiler, radyolar ve işlemciler, bir kan gemisi altında giyebilecek veya implante edilebilir bir şekilde, mühendisler bu cihazları beyin ve dış dünya arasındaki engelleri ortadan kaldıracak.