과학자들은 신체 내부의 건강을 모니터링하는 작은 센서를 개발합니다. 무선으로 작동하도록 설계되어 '소금 알갱이'보다 작은 칩이 신체에 이식되거나 웨어러블 기기에 통합됩니다.

과학자들은 신체 내부의 건강을 모니터링하는 작은 센서를 개발합니다.

마리아 페르난다 아시스의 아바타
무선으로 작동하도록 설계되어 '소금 알갱이'보다 작은 칩이 신체에 이식되거나 웨어러블 기기에 통합됩니다.


엔지니어 그룹 브라운대학교 최근에 개발에 대한 선구적인 연구를 공개했습니다. 건강을 모니터링하는 작은 센서. 이 놀라운 성과는 기술 소형화의 획기적인 도약을 의미하며 무선 통신에 혁명을 가져올 것을 약속합니다. 이러한 혁신을 통해 수많은 작은 칩에서 데이터를 전송, 수신 및 디코딩할 수 있는 통신 네트워크에 대한 새로운 접근 방식이 탄생했습니다.

신체용 마이크로 센서의 도입으로 무선 센서 기술의 발전이 유망한 지평이 열리고 있습니다. 이러한 진화를 통해 미래에는 이식 가능한 미생물 장치 및 웨어러블 장치에 개별 임플란트의 방대한 네트워크를 사용할 수 있게 되어 모니터링 및 환경과의 상호 작용의 한계를 재정의하게 될 것입니다. 이 기술적 발견이 어떻게 작동하는지 알아보세요.

센서는 어떻게 작동하나요?

과학자들은 신체 내부의 건강을 모니터링하는 작은 센서를 개발합니다. 무선으로 작동하도록 설계되어 '소금 알갱이'보다 작은 칩이 신체에 이식되거나 웨어러블 기기에 통합됩니다.
건강을 모니터링하는 작은 센서는 과학의 큰 발전을 의미합니다. 이미지: Nick Dentamaro / 브라운대학교

의료용 마이크로센서는 칩을 신체에 이식하거나 웨어러블 장치에 통합할 수 있도록 세심하게 설계되었으며 각각은 뇌의 뉴런 사이의 복잡한 통신을 모방합니다. 이 혁신적인 접근 방식은 기술과 인간 유기체 간의 상호 작용을 개선하여 새로운 차원의 모니터링 및 제어를 제공하는 것을 목표로 합니다.

브라운대학교 엔지니어들이 수행한 연구에 따르면 웨어러블 바이오센서의 혁명적인 잠재력이 두드러집니다. 눈물, 타액, 땀과 같은 생체액에 존재하는 생화학적 표지의 비침습적 측정을 사용하여 지속적인 실시간 생리학적 정보를 제공하도록 설계되었습니다.

지속적이고 중단 없는 작동을 보장하기 위해 센서는 에너지 효율적으로 설계되었습니다. 센서에 무선으로 전원을 공급하는 동시에 귀중한 데이터를 전송하는 외부 트랜시버 덕분에 전원이나 배터리에 지속적으로 연결할 필요 없이 작동할 수 있습니다.

신체에 이식되는 방식과 뇌와의 유사성

마이크로 바디 센서는 무선 연결을 사용합니다.
마이크로 바디 센서는 무선 연결을 사용합니다. 이미지: 브라운대학교

건강을 모니터링하기 위한 작은 센서는 웨어러블 장치에 원활하게 통합되거나 인체에 직접 이식되도록 설계되었습니다. 실리콘으로 만들어지고 밀리미터 미만 크기의 이 칩은 전기 활동의 스파이크를 사용하여 뇌의 뉴런 사이의 복잡한 통신 과정을 에뮬레이트하도록 설계되었습니다.

이 혁신적인 접근 방식을 통해 신체에 센서를 이식하면 전파를 사용하여 실시간 데이터를 무선으로 전송하여 에너지 소비를 최적화할 뿐만 아니라 사용 가능한 대역폭도 최대화합니다.

이지흠, 연구원 박사후 과정 Brown University의 연구진은 인간의 뇌가 드물게 작동하며 이는 모든 뉴런이 동시에 활성화되는 것은 아니라는 점을 강조합니다. 효율성을 보장하기 위해 이 칩은 데이터를 압축하고 희박한 발사 패턴을 채택하여 인간 두뇌의 효율성을 모방합니다.

우리는 무선 통신 접근 방식에서 이 구조를 모방하고 있습니다. 센서는 항상 데이터를 전송하지 않고 필요할 때만 짧은 전기 스파이크로 관련 데이터를 전송하며 중앙 수신기와 조정하지 않고도 다른 센서와 독립적으로 이 작업을 수행할 수 있습니다. 이렇게 하면 우리는 많은 에너지를 절약하고 중앙 수신 허브에 덜 중요한 데이터가 넘쳐나는 것을 방지할 수 있습니다.

이지훈 브라운대 박사후연구원.

이전 장치에 비해 발전

센서는 우리 일상생활에 점점 더 많이 존재하고 있습니다.
센서는 우리 일상생활에 점점 더 많이 존재하고 있습니다. 이미지: 재생산.

브라운 공과대학(Brown School of Engineering) 교수이자 이번 연구의 수석 저자인 아르토 누미코, 현대 세계에서 센서의 편재성에 대해 이야기합니다. 자동차, 직장, 집 등 어디에서나 그 존재가 점점 더 눈에 띄게 됩니다. 그러나 이러한 센서에 대한 수요가 가장 시급하고 어려운 곳은 인체 자체입니다.

이러한 맥락에서 교수는 현재 연구가 대학 연구실에서 수행된 이전 연구와 관련하여 중요한 진전을 의미한다고 강조합니다. 새로운 접근 방식은 효과적이고 비침습적인 방식으로 뇌 활동을 기록하고 자극할 수 있는 소형 무선 센서의 조정 네트워크를 통해 작동하는 신경 인터페이스 시스템을 도입합니다. 이러한 혁신은 보다 정교하고 접근하기 쉬운 도구를 제공하여 신경과학과 의학 분야의 새로운 지평을 열 것을 약속합니다.

의료의 미래를 위한 발전

마이크로 건강 센서는 의료의 미래에 큰 발전을 가져올 수 있습니다.
마이크로 건강 센서는 의료의 미래에 큰 발전을 가져올 수 있습니다. 이미지: Pexels/에드워드 제너

마이크로 건강 센서는 무선 센서 기술의 중요한 발전을 의미하며 미래에 광범위한 건강상의 이점을 약속합니다. 연구원들은 이 연구가 대규모 무선 센서 개발에 있어 중요한 이정표를 나타낸다고 말했습니다.

또한, 이러한 센서는 과학자들이 소형 실리콘 장치에서 데이터를 수집하고 해석하는 방식에 지대한 영향을 미쳐 다양한 의학적 상태를 모니터링하고 치료하는 발전의 길을 열 것으로 믿어집니다.

기존 방법을 계속 사용하면 이러한 유형의 차세대 시스템에서 이러한 애플리케이션에 필요한 높은 채널 데이터를 수집할 수 없습니다.

이지훈 브라운대 박사후연구원

참조 :

출처 : 갈색, 재미있는 공학, 과학자

검토자 글라우콘 바이탈 4년 4월 24일.

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