منوعات

نظام لاسلكي مستوحى من الدماغ لجمع البيانات من أجهزة استشعار بحجم الملح

يمكن أن تكون الرقائق الصغيرة إنجازًا كبيرًا لفريق من العلماء بقيادة مهندسي جامعة براون.

اكتب في الالكترونيات الطبيعيةويصف فريق البحث نهجا جديدا لشبكة اتصالات لاسلكية قادرة على نقل واستقبال وفك تشفير البيانات بكفاءة من آلاف الرقائق الإلكترونية الدقيقة، والتي لا يزيد حجم كل منها عن حبة ملح.

تم تصميم شبكة الاستشعار بحيث يمكن زرع الرقائق في الجسم أو دمجها في الأجهزة القابلة للارتداء. يحاكي كل مستشعر من السيليكون بحجم أقل من المليمتر الطريقة التي تتواصل بها الخلايا العصبية في الدماغ عبر طفرات في النشاط الكهربائي. تكتشف المستشعرات أحداثًا معينة على أنها طفرات ثم تنقل تلك البيانات لاسلكيًا في الوقت الفعلي باستخدام موجات الراديو، مما يوفر الطاقة وعرض النطاق الترددي.

وقال جيهون لي، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة براون والمؤلف الرئيسي للدراسة: “إن أدمغتنا تعمل بطريقة متفرقة للغاية”. “الخلايا العصبية لا تعمل طوال الوقت. إنها تضغط البيانات وتطلقها بشكل متناثر، مما يجعلها فعالة للغاية. نحن نحاكي هذا الهيكل هنا في نهج الاتصالات اللاسلكية لدينا. لن ترسل أجهزة الاستشعار البيانات طوال الوقت – بل سترسل ببساطة البيانات ذات الصلة حسب الحاجة في دفعات قصيرة من المسامير الكهربائية، وسيكونون قادرين على القيام بذلك بشكل مستقل عن أجهزة الاستشعار الأخرى ودون التنسيق مع جهاز الاستقبال المركزي. ومن خلال القيام بذلك، سنتمكن من توفير الكثير من الطاقة وتجنب إغراق مركز الاستقبال المركزي لدينا. مع بيانات أقل أهمية.

كما أن نظام نقل الترددات الراديوية هذا يجعل النظام قابلاً للتطوير ويحل مشكلة شائعة في شبكات اتصالات الاستشعار اليوم: يجب أن تكون جميعها متزامنة تمامًا لتعمل بشكل صحيح.

يقول الباحثون إن هذا العمل يمثل تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا الاستشعار اللاسلكية واسعة النطاق ويمكن أن يساعد يومًا ما في تشكيل الطريقة التي يجمع بها العلماء المعلومات من أجهزة السيليكون الصغيرة هذه ويفسرونها، خاصة وأن أجهزة الاستشعار الإلكترونية أصبحت منتشرة في كل مكان بفضل التكنولوجيا الحديثة.

وقال أرتو نورميكو، الأستاذ في كلية براون للهندسة والمؤلف الرئيسي للدراسة: “نحن نعيش في عالم من أجهزة الاستشعار”. “إنها موجودة في كل مكان. وهي بالتأكيد موجودة في سياراتنا، وهي موجودة في العديد من أماكن العمل، وهي تدخل منازلنا بشكل متزايد. وستكون البيئة الأكثر تطلبًا لهذه المستشعرات دائمًا داخل جسم الإنسان. “

ولهذا السبب يعتقد الباحثون أن النظام يمكن أن يساعد في إرساء الأساس للجيل القادم من أجهزة الاستشعار الطبية الحيوية القابلة للزرع والقابلة للارتداء. هناك حاجة متزايدة في الطب للأجهزة الدقيقة التي تكون فعالة ومنفصلة وغير محسوسة، ولكنها تعمل أيضًا كجزء من حزمة كبيرة لرسم خريطة للنشاط الفسيولوجي عبر منطقة اهتمام كاملة.

وقال لي: “هذه خطوة مهمة في تطوير هذا النوع من أجهزة الاستشعار الدقيقة اللاسلكية المعتمدة على الطرف”. “إذا واصلنا استخدام الأساليب التقليدية، فلن نتمكن من جمع البيانات عالية القناة التي ستحتاجها هذه التطبيقات في هذه الأنواع من أنظمة الجيل التالي.”

يمكن أن تكون الأحداث التي تحددها أجهزة الاستشعار وتنقلها أحداثًا محددة مثل التغيرات في البيئة التي تراقبها، بما في ذلك تقلبات درجات الحرارة أو وجود مواد معينة.

أجهزة الاستشعار قادرة على استخدام أقل قدر ممكن من الطاقة لأن أجهزة الإرسال والاستقبال الخارجية توفر الطاقة اللاسلكية لأجهزة الاستشعار أثناء نقل بياناتها، مما يعني أنها تحتاج ببساطة إلى أن تكون ضمن نطاق موجات الراديو التي يرسلها جهاز الإرسال والاستقبال للحصول على شحنة. هذه القدرة على العمل دون الحاجة إلى توصيلها بمصدر طاقة أو بطارية تجعلها مريحة ومتعددة الاستخدامات للاستخدام في العديد من المواقف المختلفة.

قام الفريق بتصميم ومحاكاة الإلكترونيات المعقدة على جهاز كمبيوتر وعمل من خلال العديد من تكرارات التصنيع لإنشاء أجهزة الاستشعار. يعتمد هذا العمل على الأبحاث السابقة التي أجراها مختبر نورميكو في براون والتي قدمت نوعًا جديدًا من نظام الواجهة العصبية يسمى “الحبوب العصبية”. يستخدم هذا النظام شبكة منسقة من أجهزة الاستشعار اللاسلكية الصغيرة لتسجيل وتحفيز نشاط الدماغ.

قال نورميكو، المنتسب أيضًا إلى معهد براون كارني لعلوم الدماغ: “إن هذه الرقائق متطورة تمامًا مثل الأجهزة الإلكترونية الدقيقة المصغرة، وقد استغرقنا بعض الوقت للوصول إلى هنا”. “إن حجم العمل والجهد المطلوب لتخصيص الوظائف المختلفة التي ينطوي عليها التعامل مع الطبيعة الإلكترونية لهذه المستشعرات – والتي تم تقليلها بشكل أساسي إلى جزء من ملليمتر من مساحة السيليكون – ليس بالأمر الهين”.

أظهر الباحثون فعالية نظامهم وكذلك إلى أي مدى يمكن توسيع نطاقه. لقد اختبروا النظام باستخدام 78 جهاز استشعار في المختبر، ووجدوا أنهم قادرون على جمع البيانات وإرسالها مع القليل من الأخطاء، حتى عندما أرسلت أجهزة الاستشعار في أوقات مختلفة. ومن خلال عمليات المحاكاة، تمكنوا من إظهار كيفية فك تشفير البيانات التي تم جمعها في أدمغة الرئيسيات باستخدام حوالي 8000 جهاز استشعار مزروع افتراضيًا.

ويقول الباحثون إن الخطوات التالية تشمل تحسين النظام لتقليل استهلاك الطاقة واستكشاف تطبيقات أوسع تتجاوز التكنولوجيا العصبية.

وقال لي: “يوفر العمل الحالي منهجية يمكننا البناء عليها بشكل أكبر”.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى