Cabos umbilicais finos para o casco tendem a ser a resposta.
Esses cabos precisam ser muito flexíveis, pois o cérebro está fixo dentro do crânio, mas sim 'flutua' em líquido (líquido cefalorraquidiano - 'LCR') dentro da cavidade craniana.
A lacuna é de alguns milímetros e o cabo precisa atravessá-la, permitindo ao mesmo tempo o movimento relativo entre o cérebro e o crânio.
É muito melhor atravessar esta lacuna sem fios – que é o que os investigadores estão a tentar fazer.
Revelado na ISSCC, a Conferência Internacional de Ccuits de Estado Sólido
esta semana foi um passo nessa direção, onde o laboratório de pesquisa Imec está transmitindo energia para um implante neural através do LCR usando ultrassom.
Por que ultrassom?
Porque transfere energia neste ambiente de forma mais eficiente do que as ondas eletromagnéticas.
A potência é valiosa aqui (veja mais adiante), fazendo com que o Imec use a direção do feixe mesmo neste curto alcance, em vez de transmitir uma ampla difusão de ultrassom, para permitir o movimento do cérebro e os caprichos da cirurgia quando o implante é instalado.
Este trabalho relatado neste artigo do ISSCC não é a primeira vez que o direcionamento do feixe de ultrassom foi proposto para esta aplicação, mas a equipe de pesquisa levou a eficiência energética para o próximo nível, reutilizando a energia que aciona seu conjunto de transdutores piezoelétricos muitas vezes antes de é dissipado como calor – a chamada condução 'adiabática'.
Existem 16 elementos piezoelétricos em uma linha na matriz (eles dirigem em uma dimensão) e, para formar um feixe, eles precisam ser ativados em padrões. Como os transdutores piezoelétricos são essencialmente capacitores, isso significa carregar e descarregar 16 capacitâncias com temporização controlada com precisão.
A qualquer momento durante a operação, será necessário adicionar carga a alguns dos transdutores, enquanto de outros será necessário retirá-la.
O truque aqui é, nesse momento, identificar pares de transdutores que precisam estar no mesmo estado de carga, mas que estão atualmente igualmente distantes desse estado de carga, mas em direções opostas. Se estes entrarem em curto-circuito brevemente, ambos atingirão o estado de carga correto, sem extrair energia dos trilhos de alimentação.
Parte do desenvolvimento do Imec foi criar um algoritmo de formação de feixe onde esses pares ocorrem com muita frequência, maximizando a economia de energia e que também elimina os capacitores externos que alguns esquemas adiabáticos exigem – o espaço é escasso.
É um esquema quantizado, usando apenas cinco níveis de carga possíveis, que teoricamente permite que até 75% da energia possa ser reciclada, disse Imec, cujos pesquisadores também escolheram uma frequência ultrassônica de 8 MHz e passo de 116 μm para que os transdutores se concentrem bem no curto distância operacional.
Para poupar ainda mais energia, os próprios condutores utilizam uma forma semelhante de partilha de carga.
Sem empilhamento, o IC e o conjunto de transdutores ocupam juntos 8 x 5.3 mm.
Por que a necessidade de economizar energia e tamanho?
Este link ultrassônico pretende fazer parte de um esquema maior, com o transmissor de energia ultrassônico e todos os componentes eletrônicos associados instalados dentro da espessura do crânio em um orifício de aproximadamente 6 mm – sua comunicação com o mundo exterior será através de um segundo (não ultrassônico ) link sem fio através do couro cabeludo.
O pequeno orifício ósseo explica a necessidade de miniaturização, enquanto o limite estrito de potência se deve à necessidade de manter o aquecimento local do tecido abaixo de 1°C.
A Imec Holanda trabalhou com a Imec Bélgica e a Delft University of Equipar.
Artigo 2024 do ISSCC 6.2: 'Um Tx alimentado por ultrassom com uma unidade adiabática de redistribuição de carga global alcançando 69% de potência
redução e ângulo máximo de direção do feixe de 53° para aplicações implantáveis'.
ISSCC
A Conferência Internacional Anual de Circuitos de Estado Sólido em São Francisco é a vitrine mundial para avanços em circuitos voltados para CIs – eles são o que há de mais moderno.