Jueves, 5 de noviembre de 2009

Un sensor neuronal implantable sin baterías

Un diminuto chip de radio implantado en una mariposa nocturna capta la energía y detecta la actividad neuronal.

Por Kate Greene
Traducido por Francisco Reyes (Opinno)

Aumento de la señal: Este amplificador neuronal de bajo consumo eléctrico recoge las señales eléctricas desde los nervios y minimiza el ruido eléctrico. Fuente: Brian Otis, Universidad de Washington

Gracias al cada vez menor tamaño de los componentes electrónicos, los investigadores han estado explorando el uso de dispositivos implantables cada vez más sofisticados, abriendo el camino a nuevas prótesis e interfaces cerebro-máquina. Sin embargo uno de los mayores retos ha sido el de llevar la energía hasta estos componente electrónicos colocados dentro del cuerpo.

Los ingenieros eléctricos de la Universidad de Washington acaban de desarrollar un chip sensor neuronal que necesita menos energía. Otros dispositivos médicos inalámbricos, tales como los implantes de retina o los cocleares, dependen del emparejamiento inductivo, lo que significa que la fuente de alimentación tiene que estar a centímetros de distancia. La nueva plataforma de sensor, llamada NeuralWISP, obtiene la energía de una fuente de radio que puede colocarse hasta a un metro de distancia..

El dispositivo contiene un microprocesador cuya energía proviene de un lector comercial de radio frecuencia que también hace las veces de dispositivo de recolección de datos. El mismo equipamiento se utiliza para proporcionar energía y leer la información proveniente de las etiquetas de identificación por radio frecuencia (RFID, en inglés). Durante los experimentos, los investigadores utilizaron el nuevo dispositivo para detectar la actividad del sistema nervioso central de una mariposa nocturna y así poder estudiar su movimiento.

Recientemente se han dado varios avance a la hora de reducir el tamaño de los implantes neuronales, sin embargo la mayoría de los dispositivos implantables son relativamente problemáticos. Este tipo de dispositivos normalmente requieren el uso de múltiples componentes—tales como un reloj para controlar las operaciones y una antena para las comunicaciones y la captura de energía—que son bastante grandes en comparación con los transistores del microcontrolador, afirma Brian Otis, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Washington e investigador principal en NeuralWISP.

“Puedes colocar millones de transistores en un chip con un tamaño menor a un milímetro cúbico de volumen, pero el problema viene con las piezas adicionales,” afirma Otis. “Nuestro objetivo es reducir todo e incluirlo en un único chip, y reducir el consumo de energía de estos componentes para que el chip se pueda alimentar de forma inalámbrica.”

El NeuralWISP es una colección de componentes más pequeños y que requieren menos energía, tales como un amplificador de señal especializado, sobre una placa de circuito de poco más de dos centímetros de largo. Una versión futura integrará todos los componentes en un único chip de un milímetro por dos milímetros de tamaño. El circuito convierte la energía utilizable del lector—apenas 430 microvatios—en un voltaje capaz de encender el microcontrolador. Por su parte, el microcontrolador controla el sensor y el temporizador, y ejecuta las instrucciones que permiten que los datos se envíen de vuelta al lector.