Un team di ingegneri della Rice University ha introdotto il primo impianto neurale che può essere sia programmato che caricato a distanza con un campo magnetico.

La loro scoperta potrebbe rendere possibili dispositivi incorporati come un'unità di stimolazione del midollo spinale con un trasmettitore magnetico alimentato a batteria su una cintura indossabile.

Il microsistema integrato, chiamato MagNI (per impianto neurale magnetoelettrico), incorpora trasduttori magnetoelettrici. Questi consentono al chip di raccogliere energia da un campo magnetico alternato all'esterno del corpo.

Il sistema è stato sviluppato da Kaiyuan Yang, un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica; Jacob Robinson, un professore associato di ingegneria elettrica e informatica e bioingegneria; e co-autore Zhanghao Yu, uno studente laureato, e lo studente laureato Joshua Chen, tutto alla Brown School of Engineering di Rice.

Yang ha presentato il progetto alla Conferenza Internazionale sui Circuiti a Stato Solido a San Francisco.

MagNI si rivolge ad applicazioni che richiedono programmi programmabili, stimolazione elettrica dei neuroni, ad esempio per aiutare i pazienti con epilessia o morbo di Parkinson.

"Questa è la prima dimostrazione che è possibile utilizzare un campo magnetico per alimentare un impianto e anche per programmare l'impianto, " Yang ha detto. "Integrando trasduttori magnetoelettrici con tecnologie CMOS (complementary metal-oxide semiconductor), forniamo una piattaforma bioelettronica per molte applicazioni. CMOS è potente, efficiente ed economico per le attività di rilevamento ed elaborazione del segnale."

Ha detto che MagNI ha chiari vantaggi rispetto agli attuali metodi di stimolazione, compresi gli ultrasuoni, radiazioni elettromagnetiche, accoppiamento induttivo e tecnologie ottiche.

"Le persone hanno dimostrato stimolatori neurali su questa scala, e anche più piccolo, " Yang ha detto. "L'effetto magnetoelettrico che usiamo ha molti vantaggi rispetto ai metodi tradizionali per il trasferimento di energia e dati".

Ha detto che i tessuti non assorbono i campi magnetici come fanno altri tipi di segnali, e non riscalderà i tessuti come le radiazioni elettromagnetiche e ottiche o l'accoppiamento induttivo. "Gli ultrasuoni non hanno il problema del riscaldamento, ma le onde si riflettono nelle interfacce tra diversi mezzi, come capelli e pelle o ossa e altri muscoli”.

Poiché il campo magnetico trasmette anche segnali di controllo, Yang ha affermato che MagNI è anche "senza calibrazione e robusto".

"Non richiede alcun voltaggio interno o riferimento di temporizzazione, " Egli ha detto.

I componenti del dispositivo prototipo si trovano su un substrato di poliimmide flessibile con solo tre componenti:un film magnetoelettrico di 2 x 4 millimetri che converte il campo magnetico in un campo elettrico, un chip CMOS e un condensatore per immagazzinare temporaneamente energia.

Il team ha testato con successo l'affidabilità a lungo termine del chip immergendolo in una soluzione e testandolo in aria e agar gelatinoso, che emula l'ambiente dei tessuti.

I ricercatori hanno anche convalidato la tecnologia eccitando l'Hydra vulgaris, una minuscola creatura simile a un polpo studiata dal laboratorio di Robinson. Vincolando l'idra con i dispositivi microfluidici del laboratorio, sono stati in grado di vedere segnali fluorescenti associati alle contrazioni nelle creature innescate dal contatto con i chip. Il team sta attualmente eseguendo test in vivo del dispositivo su diversi modelli.

Nell'attuale generazione di chip, l'energia e le informazioni fluiscono solo in un modo, ma Yang ha affermato che il team sta lavorando su strategie di comunicazione bidirezionali per facilitare la raccolta dei dati dagli impianti e consentire più applicazioni.