每秒传送1000万bit,胶囊内窥镜的照片更详细

机器人 2018年09月27日
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日本名古屋工业大学成功开发出了以每秒1000万bit(10Mbps)的速度从体内向体外传输信号的高速无线通信装置。

研发小组在挪威奥斯陆大学医院的协助下,通过猪生物实验,验证了信号源深达体内26cm处的高速通信。在到达体内深处的信号中,此次实现的通信速度为全球最快,相关论文已经被美国电气电子工程师学会(IEEE)采纳,发布在IEEE的网站上。

从人体内部向外部进行的无线通信目前主要利用400MHz附近的窄带,每秒的通信速度约为数十万bit,难以传输高速、大容量、高画质的图像和视频。10~60MHz无线频带的特点是,在人体内的传输损失远远小于400MHz频带,信号能抵达人体深处,而且无需政府审批即可使用。名古屋工业大学的王建青教授的研发小组着眼于这些特点,成功开发了采用10~60MHz的脉冲高速通信设备,信号能以每秒1000万bit的速度抵达体内深处。

研发小组首先开发了波形整形技术,可以将信号在人体内传输过程中产生的波形失真恢复到原来的形状,解决了利用该频带进行高速通信时出现的符号干扰问题。接下来,利用磁性材料的波长缩短效应,解决了该频带的天线难以实现小型化的课题。由此,在体内深处也实现了以往30倍以上的高速通信。

要想实用化,必须实现通信设备整体的小型化,为此,目前研发小组正与千叶大学前沿医学工程中心合作,开发尺寸能达到吞咽水平的超小型天线,另外还在推进通信电路整体的集成电路(IC)化。

本次研究最大在体内深处26cm实现了每秒1000万bit的通信速度。这意味着几乎所有体型的人都能在体内任何位置与体外实现高速通信。通信设备实用化后,有望应用于医疗、福祉及保健等多个领域。例如:

1 将该通信设备安装到胶囊内窥镜上,向体外传输的图像画质将飞跃提高,有助于提高肿瘤诊断的可靠性及早期发现肿瘤等,通过视频的实时诊断也将成为现实。(图1)

每秒传送1000万bit胶囊内窥镜的照片

图1:在胶囊内窥镜上的应用例

2 使该通信设备与生物传感器一体化之后,无论生物传感器设置在体内的哪个位置,都能将该位置的生物信息高速传输至体外或体内的其他位置,可以用来监测病情及进行诊断和处理。例如,心脏病患者体内植入的心脏起搏器由包含脉冲发生器的起搏器主体和插入心脏的电极构成,如果利用此次的通信技术,脉冲发生器与电极之间的连接可以实现无线化,使用形态的多样性和便利性将显著提高。(图2)

每秒传送1000万bit胶囊内窥镜的照片

图2:在心脏起搏器上的应用例

3 如果将该通信设备安装到体内治疗机器人上,一次能从体外同时向体内的任何位置传输多个控制信号,可以同时驱动多个马达,或一次采集多个病理样本发送至体外,能更加精确地控制医用机器人的动作。

4 除了从体内深处向体外通信之外,还可用于体表通信。例如,可以在体表的多个位置获取肌电信号,并将其高速传递至人体佩戴的机器人义手,能以较低延迟同时控制多个义手驱动马达。这样可以使人体佩戴型义手机器人像人一样灵活移动,能完成与真人相比需要更大力量的工作(工业机器人),以及比真手和手指能完成的工作更加精细的工作(精密机器人)。另外,还可用来无线控制在事故中失去手臂或腿的人使用的义肢,以及因疾病原因无法将大脑指令传达给四肢的患者的四肢。(图3)

每秒传送1000万bit胶囊内窥镜的照片

图3:在人体佩戴型义手及肌电义手上的应用例

文 客观日本编辑部

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