Los cables umbilicales delgados que van al cráneo tienden a ser la respuesta.
Estos cables deben ser muy flexibles ya que el cerebro está fijado dentro del cráneo, sino que "flotan" en líquido (líquido cefalorraquídeo - "LCR") dentro de la cavidad del cráneo.
El espacio es de unos pocos milímetros y el cable debe cruzarlo permitiendo el movimiento relativo entre el cerebro y el cráneo.
Cuánto mejor sería cruzar esta brecha de forma inalámbrica, que es lo que los investigadores están tratando de hacer.
Revelado en ISSCC, la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido
Esta semana fue un paso en esta dirección, donde el laboratorio de investigación Imec está transmitiendo energía a un implante neural a través del LCR mediante ultrasonido.
¿Por qué ultrasonido?
Porque transfiere energía en este entorno de manera más eficiente que las ondas electromagnéticas.
La energía es un bien escaso aquí (ver más adelante), lo que hace que Imec utilice la dirección del haz incluso a este corto alcance, en lugar de transmitir una amplia gama de ultrasonidos, para permitir el movimiento del cerebro y los caprichos de la cirugía cuando se instala el implante.
Este trabajo reportado en este artículo del ISSCC no es la primera vez que se propone la dirección del haz de ultrasonido para esta aplicación, pero el equipo de investigación ha llevado la eficiencia energética al siguiente nivel al reutilizar la energía que impulsa su conjunto de transductores piezoeléctricos muchas veces antes. se disipa en forma de calor: la llamada conducción "adiabática".
Hay 16 elementos piezoeléctricos en línea en la matriz (se dirige en una dimensión) y, para formar un haz, deben activarse en patrones. Como los transductores piezoeléctricos son esencialmente condensadores, esto significa cargar y descargar 16 capacitancias con una sincronización controlada con precisión.
En cualquier momento durante la operación, será necesario agregar carga a algunos de los transductores, mientras que a otros será necesario retirarla.
El truco aquí es, en ese momento, identificar pares de transductores que deben estar en el mismo estado de carga, pero que actualmente están igualmente lejos de ese estado de carga, pero en direcciones opuestas. Si estos se cortocircuitan brevemente, ambos alcanzarán el estado de carga correcto, sin consumir energía de los rieles eléctricos.
Parte del desarrollo de Imec ha consistido en crear un algoritmo de formación de haces en el que estos pares se producen con mucha frecuencia, maximizando el ahorro de energía, y que también elimina los condensadores externos que requieren algunos esquemas adiabáticos: el espacio es un bien escaso.
Es un esquema cuantificado, que utiliza sólo cinco niveles de carga posibles, que teóricamente permite reciclar hasta el 75% de la energía, dijo Imec, cuyos investigadores también eligieron una frecuencia ultrasónica de 8MHz y un paso de 116μm para que los transductores se enfocaran bien en las cortas distancias. distancia operativa.
Para ahorrar aún más energía, los propios conductores utilizan una forma similar de reparto de carga.
Sin apilamiento, el CI y el conjunto de transductores juntos ocupan 8 x 5.3 mm.
¿Por qué la necesidad de ahorrar energía y tamaño?
Este enlace ultrasónico pretende ser parte de un esquema más amplio, con el transmisor de potencia ultrasónico y todos los componentes electrónicos asociados instalados dentro del espesor del cráneo en un orificio de ~6 mm; su comunicación con el mundo exterior se realizará a través de un segundo (no ultrasónico). ) enlace inalámbrico a través del cuero cabelludo.
El pequeño orificio óseo explica la necesidad de miniaturización, mientras que el estricto límite de potencia se debe a la necesidad de mantener el calentamiento local del tejido por debajo de 1°C.
Imec Holanda trabajó con Imec Bélgica y la Universidad de Delft de Tecnología.
Documento 2024 de ISSCC 6.2: 'Un Tx impulsado por ultrasonido con un impulso adiabático de redistribución de carga global que logra un 69% de potencia
reducción y ángulo máximo de dirección del haz de 53° para aplicaciones implantables.
ISCC
La Conferencia Internacional Anual sobre Circuitos de Estado Sólido que se celebra en San Francisco es el escaparate mundial de los avances en circuitos destinados a los circuitos integrados: son lo último en tecnología.