人類的大腦是一個復雜的生物計算機擁有數(shù)十億的神經元,能夠在你的神經系統(tǒng)中發(fā)送和接收微小的電信號。一些先進的探針陣列每平方厘米包含數(shù)百甚至數(shù)千個探針, 可以在同一個植入體中發(fā)送和接收這些小的電信號,從而允許數(shù)據直接讀寫大腦。
埃隆·馬斯克(Elon Musk)的Neuralink公司正在開發(fā)下一代探針陣列,通過手術將其植入大腦灰質,為殘疾患者提供一些圍繞恢復感覺和運動功能的令人驚嘆的應用。
卡耐基梅隆大學機械工程副教授拉胡爾·帕納特和卡耐基梅隆大學生物科學助理教授埃里克·伊特里正在這一領域開展工作,他們的工作重點是這些微探針陣列的制造方法,目的是大幅度增加探針陣列的密度,使更多的信號可以從大腦發(fā)送和測量。這些新型探針陣列使用Optomec公司的Aerosol Jet 3D打印技術,通過直接打印柱狀結構(如圖所示),直接在電路上實現(xiàn)有史以來先進的人機界面探針。 這些陣列可以有單個電極(柱),其頂端的橫截面寬度小于0.010毫米,而高度為毫米(S),縱橫比為100 : 1。這種幾何結構使探測器陣列具有非凡的封裝密度,已經證明每平方厘米高達6400個探頭。生產這些探針的傳統(tǒng)方法,主要是用薄片切割一塊材料,每平方厘米100-300個探針的填充密度有限,這是對現(xiàn)有探針的20X+改進,增加的填充密度使得從大腦中測量到的電信號數(shù)量顯著增加。
除了產生更多的信號外,探頭還由高導電性的金屬制成,帶有電鍍涂層,通過降低與組織的接觸電阻來增強信號的信噪比。所有這一切在神經探針中達到頂峰,該探針具有高信噪比,用于測量來自大腦的電脈沖,并且每單位區(qū)域產生的信號密度最高。
各種微針結構在腦機接口中的應用
Rahul Panat表示,“Aerosol Jet 3D技術是目前唯一能夠實現(xiàn)這些密集封裝的探測器設計的技術”,這主要是由于該技術材料的靈活性,以及通過控制液體材料沉積的干燥速度以3D方式沉積液體材料的獨特能力。
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