Premier prototype de lentille de contact intelligente compatible Wi-Fi

L'une des promesses de la microélectronique moderne est la possibilité d'intégrer des capteurs dans diverses parties du corps humain et de les utiliser pour tout surveiller, des taux de glycémie aux ondes cérébrales. Ils pourraient même aider à traiter des conditions telles que l'épilepsie, la maladie de Parkinson et d'autres conditions médicales.

Pour effectuer ce travail, ces appareils ont besoin de communiquer avec le monde extérieur, et c'est une activité énergivore. Cela peut être fait avec un équipement RFID sur mesure, mais celui-ci est volumineux, peu maniable et gourmand en énergie. Une meilleure façon serait de se connecter à des appareils plus portables et omniprésents tels que les smartphones, les montres ou les tablettes.

Mais il y a un problème. Bien que le Bluetooth et le Wi-Fi soient des formes de communication relativement peu gourmandes en énergie, ils dépassent largement le budget énergétique d'une lentille de contact intelligente, par exemple. Par conséquent, il n'y a aucun moyen de connecter un appareil intégré via Bluetooth ou Wi-Fi et donc aucun moyen de communiquer facilement avec eux à la volée.

Cela semble sur le point de changer grâce au travail de Joshua Smith et de ses amis de l'Université de Washington à Seattle. Ces gars-là ont développé un moyen intelligent pour les appareils embarqués de récolter les signaux radio Bluetooth et de les utiliser pour diffuser des transmissions Wi-Fi. L'équipe a même construit un certain nombre de prototypes compatibles Wi-Fi pour montrer la technique.

À première vue, il est facile de penser que la conversion des signaux Bluetooth en Wi-Fi est impossible. Ces systèmes fonctionnent à des fréquences différentes et utilisent des protocoles de transmission entièrement différents.

Le Wi-Fi nécessite une bande passante de 22 MHz et utilise un codage à spectre étalé tandis que Bluetooth nécessite une bande passante jusqu'à 2 MHz et s'appuie sur la modulation par déplacement de fréquence gaussienne, dans laquelle un un est représenté par un décalage de fréquence positif de 250 kHz et un zéro comme un décalage négatif de 250 kHz. Ces systèmes sont totalement différents.

Mais Smith et co ont trouvé une astuce astucieuse qui leur permet de convertir les signaux Bluetooth en Wi-Fi. Cela repose sur le fait qu'un émetteur Bluetooth diffuse une séquence continue de uns ou de zéros pour produire une tonalité continue de bruit blanc.

C'est ce bruit que cet appareil intégré capte, modifie et rediffuse en Wi-Fi par un processus appelé rétrodiffusion. Cela produit un signal qui est décalé en fréquence vers l'un des canaux Wi-Fi, puis modulé conformément au protocole de transmission Wi-Fi 802.11b.

Lors des tests, ce processus s'est avéré extrêmement économe en énergie. Au total, la génération de paquets 802.11b à 2 Mbps consomme 28 µW, disent Smith et co.

Bien sûr, tout ingénieur électricien vous dira que ce processus produit également un signal d'image miroir de l'autre côté de la fréquence Bluetooth, qui est au mieux gaspillé et au pire peut interférer avec d'autres signaux.

Smith et ses amis ont une autre astuce astucieuse pour contourner ce problème. Cela implique de choisir des matériaux d'antenne qui ont une impédance complexe. Cela conduit à un signal miroir avec une fréquence négative, ce qui ne peut pas se produire en pratique. Le résultat est le premier exemple de rétrodiffusion à bande latérale unique.

Tout cela permet au dispositif embarqué de communiquer avec le monde extérieur via des signaux rétrodiffusés.

Cependant, pour une communication bidirectionnelle, l'appareil doit également recevoir des signaux. Pour ce faire, l'équipe a trouvé un moyen de faire en sorte que les signaux Wi-Fi 802.11g ressemblent à des signaux modulés AM standard, que l'appareil intégré peut capter à un débit binaire de 160 kbps. Ce n'est pas rapide, mais l'équipe affirme que cela pourrait être considérablement amélioré dans les futurs appareils.

Enfin, ces gars-là ont mis toutes ces techniques ensemble pour construire une variété de démonstrateurs technologiques. L'une est une antenne pour une lentille de contact intelligente conçue pour surveiller les niveaux de glucose dans les larmes du porteur. Le prototype consiste en une boucle de fil de 1 cm intégrée dans du poly-diméthylsiloxane (PDMS) pour la biocompatibilité.

L'équipe a testé cela en rétrodiffusant et en modifiant avec succès les signaux Bluetooth d'un émetteur à proximité vers un smartphone Samsung Galaxy S4 qui capte le Wi-Fi. L'intrigue montre que nous pouvons atteindre des portées de plus de 24 pouces, démontrant la faisabilité d'une lentille de contact intelligente qui communique directement avec les radios de base, explique l'équipe.

Ils conçoivent également une antenne pour un dispositif d'enregistrement neuronal qui peut être intégré sous le crâne pour surveiller les ondes cérébrales. Pour tester cela, ils l'ont intégré dans une côte de porc et ont de nouveau pu recevoir des signaux sur leur smartphone Samsung Galaxy S4.

C'est un travail intéressant qui ouvre la voie à une nouvelle génération d'appareils embarqués capables de communiquer facilement avec des appareils portables courants. Nous construisons des preuves de concept pour des applications auparavant irréalisables, y compris le premier prototype d'antenne de facteur de forme de lentille de contact et une interface d'enregistrement neuronal implantable qui communique directement avec des appareils de base tels que les smartphones et les montres, permettant ainsi la vision d'appareils implantés connectés à Internet, dit Smith et Cie.

Avec une optimisation supplémentaire, l'équipe devrait être en mesure d'améliorer les performances. Et cela rendra possible une nouvelle génération d'applications qui permettront aux gens d'interagir avec et de traiter les données provenant d'appareils intégrés dans leur corps.

Réf : arxiv.org/abs/1607.04663 : Rétrodiffusion inter-technologies : vers la connectivité Internet pour les dispositifs implantés

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