Primer prototipo de lente de contacto inteligente habilitado para Wi-Fi

Una promesa de la microelectrónica moderna es la posibilidad de incrustar sensores en varias partes del cuerpo humano y usarlos para monitorear todo, desde los niveles de glucosa en sangre hasta las ondas cerebrales. Incluso podrían ayudar a tratar afecciones como la epilepsia, la enfermedad de Parkinson y otras afecciones médicas.

Para llevar a cabo este trabajo, estos dispositivos necesitan comunicarse con el mundo exterior, y ese es un negocio que consume energía. Se puede hacer con un equipo RFID a medida, pero es grande, difícil de manejar y consume mucha energía. Una mejor manera sería conectarse con dispositivos más portátiles y ubicuos, como teléfonos inteligentes, relojes o tabletas.

Pero hay un problema. Aunque Bluetooth y Wi-Fi son formas de comunicación de potencia relativamente baja, están mucho más allá del presupuesto de energía de, por ejemplo, una lente de contacto inteligente. En consecuencia, no hay forma de conectar un dispositivo integrado a través de Bluetooth o Wi-Fi y, por lo tanto, no hay forma de comunicarse con ellos fácilmente sobre la marcha.

Eso parece que va a cambiar gracias al trabajo de Joshua Smith y sus amigos de la Universidad de Washington en Seattle. Estos muchachos han desarrollado una forma inteligente para que los dispositivos integrados recolecten señales de radio Bluetooth y las usen para transmitir transmisiones de Wi-Fi. El equipo incluso ha construido una serie de prototipos habilitados para Wi-Fi para mostrar la técnica.

A primera vista, es fácil pensar que convertir señales de Bluetooth a Wi-Fi es imposible. Estos sistemas funcionan a diferentes frecuencias y utilizan protocolos de transmisión completamente diferentes.

Wi-Fi requiere un ancho de banda de 22 MHz y utiliza codificación de espectro ensanchado, mientras que Bluetooth requiere un ancho de banda de hasta 2 MHz y se basa en la modulación por cambio de frecuencia gaussiana, en la que un uno se representa con un cambio de frecuencia positivo de 250 kHz y un cero como un cambio negativo. de 250 kHz. Estos sistemas son completamente diferentes.

Pero Smith y compañía han ideado un ingenioso truco que les permite convertir las señales de Bluetooth en Wi-Fi. Esto se basa en hacer que un transmisor Bluetooth transmita una secuencia continua de unos o ceros para producir un tono continuo de ruido blanco.

Es este ruido el que ese dispositivo incorporado capta, modifica y retransmite como Wi-Fi mediante un proceso llamado retrodispersión. Esto produce una señal que cambia de frecuencia a uno de los canales Wi-Fi y luego se modula de acuerdo con el protocolo de transmisión Wi-Fi 802.11b.

En las pruebas, este proceso ha resultado ser extremadamente eficiente desde el punto de vista energético. En total, generar paquetes 802.11b de 2 Mbps consume 28 µW, dicen Smith y compañía.

Por supuesto, cualquier ingeniero eléctrico le dirá que este proceso también produce una señal de imagen especular en el otro lado de la frecuencia de Bluetooth, que en el mejor de los casos se desperdicia y en el peor puede interferir con otras señales.

Smith y sus amigos tienen otro truco inteligente para evitar esto. Esto implica elegir materiales de antena que tengan una impedancia compleja. Esto conduce a una señal de espejo con una frecuencia negativa, lo que no puede ocurrir en la práctica. El resultado es el primer ejemplo de retrodispersión de banda lateral única.

Todo esto permite que el dispositivo integrado se comunique con el mundo exterior a través de señales retrodispersadas.

Sin embargo, para la comunicación bidireccional, el dispositivo también debe recibir señales. El equipo hace esto encontrando una manera de hacer que las señales Wi-Fi 802.11g parezcan señales moduladas AM estándar, que el dispositivo integrado puede captar a una velocidad de bits de 160 kbps. Eso no es rápido, pero el equipo dice que esto podría mejorarse significativamente en dispositivos futuros.

Finalmente, estos muchachos han combinado todas estas técnicas para construir una variedad de demostradores de tecnología. Uno es una antena para una lente de contacto inteligente diseñada para monitorear los niveles de glucosa en las lágrimas del usuario. El prototipo consta de un bucle de alambre de 1 cm incrustado en polidimetilsiloxano (PDMS) para la biocompatibilidad.

El equipo probó esto mediante la retrodispersión y la modificación exitosas de las señales de Bluetooth desde un transmisor cercano a un teléfono inteligente Samsung Galaxy S4 que detecta Wi-Fi. La trama muestra que podemos lograr rangos de más de 24 pulgadas, lo que demuestra la viabilidad de una lente de contacto inteligente que se comunica directamente con radios comerciales, dice el equipo.

También diseñaron una antena para un dispositivo de grabación neuronal que se puede incrustar debajo del cráneo para monitorear las ondas cerebrales. Para probar esto, lo incrustaron en una chuleta de cerdo y nuevamente pudieron recibir señales en su teléfono inteligente Samsung Galaxy S4.

Es un trabajo interesante que allana el camino para una nueva generación de dispositivos integrados que pueden comunicarse fácilmente con dispositivos portátiles comunes. Construimos pruebas de concepto para aplicaciones que antes no eran factibles, incluido el primer prototipo de antena con factor de forma de lente de contacto y una interfaz de grabación neuronal implantable que se comunica directamente con dispositivos básicos como teléfonos inteligentes y relojes, lo que permite la visión de dispositivos implantados conectados a Internet, dice Smith y compañía.

Con una mayor optimización, el equipo debería poder mejorar el rendimiento. Y eso hará posible una nueva generación de aplicaciones que permitan a las personas interactuar y procesar datos de dispositivos integrados en sus cuerpos.

Ref: arxiv.org/abs/1607.04663 : Retrodispersión intertecnológica: hacia la conectividad a Internet para dispositivos implantados

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