Ultradźwiękowe zasilanie otwiera drogę do implantowania czipów głęboko w mózgu

Podstawowy problem wszystkich elektronicznych implantów,umieszczanych w ciele – jak je zasilać? W złotych latachsiedemdziesiątych przez chwilę nawet mieliśmyna rynku rozruszniki serca z nuklearnymi bateriamibetawoltaitcznymi, ale to raczej nie wróci. Interesującym pomysłemjest wykorzystanie fal radiowych, ale i to rozwiązanie ma wieleproblemów, o dziwo nie tylko inżynieryjnych, ale też i prawnych.Badacze ze Stanfordu zaprezentowali jednak coś nowego, co pozwolicałkowicie pożegnać się z falami elektromagnetycznymi. Chcąwszczepianą elektronikę, np. interfejsy mózg-maszyna, zasilać zapomocą ultradźwięków.

Ograniczeniem jest dostępna przestrzeń, a raczej jej brak.Niestety ewolucja nie uwzględniła potrzeby umieszczenia sporychakumulatorów w jamach ciała. Nie daje też miejsca na odpowiedniejwielkości anteny odbiorcze. Małe odbiorniki dla strumieni energiinie wchodzą w grę, gdyż w praktycznie wszystkich krajachobowiązują rygorystyczne ograniczenia co do poziomu emisjipromieniowania EM, zwykle wahające się od 1 do 10 mW/cm2.

W wypadku ultradźwięków mamy do czynienia z ograniczeniem onawet dwa rzędy wielkości wyższym. W Stanach Zjednoczonych tonawet 720 mW/cm2. Dodatkowo, co szczególnie istotne dla implantówosadzonych głębiej w ciele, ultradźwięki są w znacznie mniejszymstopniu tłumione przez tkanki, niż promieniowanieelektromagnetyczne.

Osiągnięcie amerykańskich badaczy – Jayanta Charthada,Markusa Webera, Ting Chia Changa, Mahmouda Saadata i Amina Arbabiana– wydaje się spektakularne. Opisany w pracypt. A mm-Sized Implantable Device with Ultrasonic Energy Transferand RF Data Uplink for High-Power Applications prototyp tozbudowany w procesie 65 nanometrów czip o powierzchni 2 mm2, zanteną o powierzchni 5 mm2. Zapewnia zasilanie na poziomie nawet100 µW, zawiera też nadajnik radiowy, pozwalający na odbieranie iwysyłanie informacji (w paśmie radiowym) z szybkością kilkumegabitów na sekundę. Zarówno ultradźwiękowe zasilanie, jak ikomunikacja możliwe są przez grubą warstwę tkanki – badacze wtym celu do testów wykorzystali gruby filet z kurzej piersi.

Trzeba ponownie podkreślić, że mamy do czynienia z prototypem.Produkowany w nowoczesnych procesach technologicznych czip kolejnejgeneracji będzie mniejszy nawet dziesięciokrotnie, czyniąc realnąperspektywę neuroczipów – krzemowych układów wszczepianychbezpośrednio we włókna nerwowe. Wciąż kwestią do rozwiązaniapozostaje problem chłodzenia, odprowadzenia ciepła wewnątrz ciała,ale możliwości są spore. W macierzystej uczelni wspomnianychbadaczy prowadzone są badania nad wykorzystaniem takich neuroczipówdo elektrostymulacji neuronów, by np. w ten sposób leczyćdepresję.