สายสะดือบางๆ ไปที่หัวเรือมักจะเป็นคำตอบ
สายเคเบิลเหล่านี้จำเป็นต้องมีความยืดหยุ่นสูงเนื่องจากสมองถูกตรึงไว้ภายในกะโหลกศีรษะ แต่จะ 'ลอย' ในของเหลว (น้ำไขสันหลัง - 'CSF') ภายในโพรงกะโหลกศีรษะ
ช่องว่างไม่กี่มิลลิเมตรและสายเคเบิลต้องข้ามช่องว่างนี้ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้มีการเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กันระหว่างสมองและกะโหลกศีรษะ
จะดีไปกว่าการข้ามช่องว่างนี้แบบไร้สาย – ซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิจัยพยายามทำ
เปิดเผยที่ ISSCC, International Solid-State Ccuits Converence
สัปดาห์นี้เป็นก้าวหนึ่งไปในทิศทางนี้ โดยห้องปฏิบัติการวิจัย Imec กำลังส่งพลังไปยังการปลูกถ่ายระบบประสาทผ่านทาง CSF โดยใช้อัลตราซาวนด์
ทำไมต้องอัลตราซาวนด์?
เพราะมันถ่ายโอนพลังงานในสภาพแวดล้อมนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
กำลังอยู่ในระดับพรีเมี่ยมที่นี่ (ดูในภายหลัง) ทำให้ Imec ใช้การบังคับเลี้ยวด้วยลำแสงแม้ในระยะสั้นนี้ แทนที่จะปล่อยคลื่นอัลตราซาวนด์เป็นวงกว้าง เพื่อให้สมองสามารถเคลื่อนไหวและเกิดความผันแปรของการผ่าตัดเมื่อติดตั้งอุปกรณ์เทียม
งานนี้รายงานในเอกสาร ISSCC นี้ไม่ใช่ครั้งแรกที่พวงมาลัยอัลตราซาวนด์ได้รับการเสนอสำหรับแอปพลิเคชันนี้ แต่ทีมวิจัยได้นำประสิทธิภาพในการใช้พลังงานไปสู่ระดับต่อไปโดยการนำพลังงานที่ขับเคลื่อนอาร์เรย์ทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกกลับมาใช้ใหม่หลายครั้งก่อนหน้านั้น กระจายออกไปเป็นความร้อน - เรียกว่าการขับขี่แบบ 'อะเดียแบติก'
มีองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริก 16 ชิ้นเรียงกันเป็นแถวบนอาเรย์ (ซึ่งควบคุมในมิติเดียว) และเพื่อสร้างลำแสงเหล่านี้จำเป็นต้องเปิดใช้งานในรูปแบบ เนื่องจากทรานสดิวเซอร์เพียโซอิเล็กทริกเป็นตัวเก็บประจุโดยพื้นฐานแล้ว นี่หมายถึงการชาร์จและการคายประจุความจุ 16 ตัวด้วยจังหวะเวลาที่ได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำ
ในระหว่างการทำงาน จะต้องเพิ่มประจุให้กับทรานสดิวเซอร์บางตัว ในขณะที่จะต้องถอนออกจากทรานสดิวเซอร์บางตัว
เคล็ดลับในตอนนี้คือการระบุคู่ของทรานสดิวเซอร์ที่ต้องอยู่ในสถานะประจุเดียวกัน แต่ปัจจุบันอยู่ห่างจากประจุนั้นเท่ากัน แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม หากลัดวงจรเข้าด้วยกันในช่วงสั้นๆ ทั้งสองจะบรรลุสถานะการชาร์จที่ถูกต้อง โดยไม่ต้องดึงพลังงานจากรางส่งกำลัง
ส่วนหนึ่งของการพัฒนาของ Imec คือการสร้างอัลกอริธึมการสร้างลำแสงซึ่งคู่เหล่านี้เกิดขึ้นบ่อยมาก ช่วยประหยัดพลังงานได้สูงสุด และยังกำจัดตัวเก็บประจุภายนอกที่โครงการอะเดียแบติกบางประเภทต้องการ - พื้นที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง
Imec ซึ่งเป็นโครงการเชิงปริมาณโดยใช้ระดับการชาร์จที่เป็นไปได้เพียงห้าระดับเท่านั้น ซึ่งในทางทฤษฎีช่วยให้สามารถรีไซเคิลพลังงานได้มากถึง 75% กล่าวโดย Imec ซึ่งนักวิจัยยังได้เลือกและความถี่อัลตราโซนิกที่ 8MHz และระยะพิทช์116μmเพื่อให้ทรานสดิวเซอร์โฟกัสได้ดีในระยะสั้น ระยะการทำงาน
เพื่อประหยัดพลังงานมากยิ่งขึ้น ผู้ขับขี่เองก็ใช้รูปแบบการแบ่งปันการชาร์จที่คล้ายกัน
หากไม่มีการวางซ้อน IC และอาเรย์ทรานสดิวเซอร์จะกินพื้นที่ 8 x 5.3 มม.
เหตุใดจึงต้องประหยัดพลังงานและขนาด?
การเชื่อมต่ออัลตราโซนิกนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นส่วนหนึ่งของโครงการขนาดใหญ่ โดยมีเครื่องส่งพลังงานอัลตราโซนิกและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องทั้งหมดติดตั้งอยู่ภายในความหนาของกะโหลกศีรษะในรู ~ 6 มม. - การสื่อสารกับโลกภายนอกจะดำเนินการผ่านเสี้ยววินาที (ไม่ใช่อัลตราโซนิก ) การเชื่อมต่อไร้สายผ่านหนังศีรษะ
รูกระดูกเล็กๆ อธิบายถึงความจำเป็นในการย่อส่วน ในขณะที่การจำกัดพลังงานที่เข้มงวดนั้นเกิดจากการต้องรักษาอุณหภูมิของเนื้อเยื่อในท้องถิ่นให้ต่ำกว่า 1°C
Imec เนเธอร์แลนด์ทำงานร่วมกับ Imec เบลเยียม และ Delft University of เทคโนโลยี.
เอกสาร ISSCC ปี 2024 6.2: 'Tx ที่ขับเคลื่อนด้วยอัลตราซาวนด์พร้อมไดรฟ์อะเดียแบติกแบบกระจายประจุทั่วโลกซึ่งมีกำลัง 69%
ลดขนาดและมุมบังคับเลี้ยวลำแสงสูงสุด 53° สำหรับการใช้งานแบบฝัง
ไอเอสเอสซีซี
การประชุม International Solid-State Circuits Conference ประจำปีในซานฟรานซิสโกเป็นเวทีการค้าของโลกสำหรับความก้าวหน้าของวงจรที่มุ่งเป้าไปที่ไอซี ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ล้ำสมัย