211service.com
Pirmais viedās kontaktlēcas prototips ar Wi-Fi iespējotu
Viens no mūsdienu mikroelektronikas solījumiem ir iespēja iegult sensorus dažādās cilvēka ķermeņa daļās un izmantot tos, lai uzraudzītu visu, sākot no glikozes līmeņa asinīs līdz smadzeņu viļņiem. Viņi pat varētu palīdzēt ārstēt tādus apstākļus kā epilepsija, Parkinsona slimība un citi veselības stāvokļi.
Lai veiktu šo darbu, šīm ierīcēm ir jāsazinās ar ārpasauli, un tas ir enerģiju patērējošs bizness. To var izdarīt ar īpaši pielāgotu RFID aprīkojumu, taču tas ir liels, smagnējs un patērē enerģiju. Labāks veids būtu izveidot savienojumu ar vairāk pārnēsājamām un visuresošām ierīcēm, piemēram, viedtālruņiem, pulksteņiem vai planšetdatoriem.
Bet ir problēma. Lai gan Bluetooth un Wi-Fi ir salīdzinoši mazjaudas saziņas veidi, tie ievērojami pārsniedz, piemēram, viedo kontaktlēcu jaudas budžetu. Līdz ar to nav iespējas savienot iegulto ierīci, izmantojot Bluetooth vai Wi-Fi, un tāpēc nav iespējas ērti sazināties ar tām lidojuma laikā.
Šķiet, ka tas mainīsies, pateicoties Džošua Smita un viņa draugu darbam Vašingtonas Universitātē Sietlā. Šie puiši ir izstrādājuši gudru veidu, kā iegultās ierīces var iegūt Bluetooth radio signālus un izmantot tos, lai pārraidītu Wi-Fi pārraides. Komanda pat ir izveidojusi vairākus ar Wi-Fi iespējotus prototipus, lai demonstrētu tehniku.
No pirmā acu uzmetiena ir viegli domāt, ka nav iespējams pārveidot Bluetooth signālus par Wi-Fi. Šīs sistēmas darbojas dažādās frekvencēs un izmanto pilnīgi atšķirīgus pārraides protokolus.
Wi-Fi ir nepieciešams 22 MHz joslas platums un izmanto izkliedētā spektra kodēšanu, turpretim Bluetooth ir nepieciešams līdz 2 MHz joslas platums un balstās uz Gausa frekvences maiņas taustiņu, kurā viens tiek attēlots ar pozitīvu frekvences nobīdi 250 kHz un nulle kā negatīva nobīde. 250 kHz. Šīs sistēmas ir pilnīgi atšķirīgas.
Taču Smits un citi ir izdomājuši gudru triku, kas ļauj viņiem pārveidot Bluetooth signālus par Wi-Fi. Tas ir atkarīgs no tā, vai Bluetooth raidītājs pārraida nepārtrauktu vieninieku vai nulles secību, lai radītu nepārtrauktu baltā trokšņa toni.
Tieši šo troksni šī iegultā ierīce uztver, pārveido un atkārtoti pārraida kā Wi-Fi, izmantojot procesu, ko sauc par atpakaļizkliedi. Tas rada signālu, kura frekvence tiek novirzīta uz vienu no Wi-Fi kanāliem un pēc tam modulēta saskaņā ar 802.11b Wi-Fi pārraides protokolu.
Pārbaudēs šis process ir izrādījies ārkārtīgi energoefektīvs. Kopumā 2 Mbps 802.11b pakešu ģenerēšana patērē 28 µW, saka Smits un citi.
Protams, jebkurš elektroinženieris jums pateiks, ka šis process rada arī spoguļattēla signālu Bluetooth frekvences otrā pusē, kas labākajā gadījumā tiek izniekots un sliktākajā gadījumā var traucēt citiem signāliem.
Smitam un draugiem ir vēl viens gudrs triks, kā to apiet. Tas ietver antenu materiālu izvēli, kuriem ir sarežģīta pretestība. Tas noved pie spoguļa signāla ar negatīvu frekvenci, kas praksē nevar notikt. Rezultāts ir pirmais vienas sānjoslas atpakaļizkliedes piemērs.
Tas viss ļauj iegultajai ierīcei sazināties ar ārpasauli, izmantojot atpakaļizkliedētus signālus.
Tomēr divvirzienu saziņai ierīcei ir arī jāsaņem signāli. Komanda to dara, atrodot veidu, kā padarīt 802.11g Wi-Fi signālus līdzīgus standarta AM modulētiem signāliem, kurus iegultā ierīce var uztvert ar bitu pārraides ātrumu 160 kbps. Tas nav ātri, taču komanda saka, ka to varētu ievērojami uzlabot turpmākajās ierīcēs.
Visbeidzot, šie puiši ir apvienojuši visas šīs metodes, lai izveidotu dažādus tehnoloģiju demonstratorus. Viena no tām ir viedās kontaktlēcas antena, kas paredzēta glikozes līmeņa uzraudzībai lietotāja asarās. Prototips sastāv no 1 cm stieples cilpas, kas iestrādāta polidimetilsiloksānā (PDMS), lai nodrošinātu bioloģisko saderību.
Komanda to pārbaudīja, veiksmīgi izkliedējot un modificējot Bluetooth signālus no tuvējā raidītāja uz Samsung Galaxy S4 viedtālruni, kas uztver Wi-Fi. Sižets parāda, ka mēs varam sasniegt diapazonu, kas pārsniedz 24 collas, demonstrējot viedo kontaktlēcu iespējamību, kas tieši sazinās ar preču radio, saka komanda.
Viņi arī izstrādā antenu neironu ierakstīšanas ierīcei, ko var iegult zem galvaskausa smadzeņu viļņu uzraudzībai. Lai to pārbaudītu, viņi to ievietoja cūkgaļas karbonādē un atkal varēja uztvert signālus savā Samsung Galaxy S4 viedtālrunī.
Tas ir interesants darbs, kas paver ceļu jaunas paaudzes iegultām ierīcēm, kuras var viegli sazināties ar parastajām pārnēsājamām ierīcēm. Mēs veidojam koncepcijas pierādījumus iepriekš nerealizējamām lietojumprogrammām, tostarp pirmo kontaktlēcu formas faktora antenas prototipu un implantējamu neironu ierakstīšanas interfeisu, kas tieši sazinās ar precēm, piemēram, viedtālruņiem un pulksteņiem, tādējādi ļaujot redzēt ar internetu savienotām implantētām ierīcēm. Smits un līdz.
Veicot turpmāku optimizāciju, komandai jāspēj uzlabot veiktspēju. Un tas padarīs iespējamu jaunas paaudzes lietotnēm, kas ļaus cilvēkiem mijiedarboties un apstrādāt datus no ierīcēm, kas iegultas viņu ķermenī.
Atsauce: arxiv.org/abs/1607.04663 : Inter-Technology Backscatter: ceļā uz interneta savienojumu implantētām ierīcēm