Человеческий мозг вдохновил его подход к разработке новой системы современных миниатюрных датчиков, которые могут обнаруживать, передавать и надежно обрабатывать ценные данные.
Беспроводные датчики уже широко используются в здравоохранении, наблюдении, умных зданиях, смягчении последствий стихийных бедствий и мониторинге окружающей среды. Но ожидается, что устройства следующего поколения будут достаточно маленькими, чтобы их можно было носить на одежде, шляпе или очках.
Tang планирует использовать современные сенсорные технологии, используя новую стратегию проектирования, чтобы построить более совершенные схемы, чтобы построить мост между человеческим телом и окружающей средой.
Общая цель его работы — расширить нашу способность ощущать мир и лучше реагировать на окружающую среду, а также разработать медицинские устройства, которые можно использовать для реабилитации или для предотвращения и обнаружения заболеваний.
«Задача разработки носимых устройств состоит в том, чтобы сделать датчики, которые требуют очень, очень низкого энергопотребления и имеют очень, очень маленькую площадь цепи», — сказал Танг.
«Моя идея — узнать у природы, как работает наш мозг и тело», — сказал Тан. "Наш мозг — это своего рода цепь. У него есть большие отличия, если сравнить его с компьютером.
У нашего мозга есть большие преимущества. Наш мозг работает с очень низким энергопотреблением и довольно компактен. Компьютер постоянно работает на очень высокой скорости, а заряда батареи хватает всего на один день.
Они тоже слишком большие."
Компьютерный код представляет информацию в виде групп единиц и нулей или битов. Информация имеет разный вес, что делает ее иерархической, взвешенной системой.
Человеческий мозг передает информацию через ряд нейронов, каждый из которых выполняет разные функции, но все они имеют одинаковый вес, что делает систему невзвешенной. Частота, с которой нейроны передают информацию в мозг, различается, поэтому организм может определять различные типы информации.
«Наш мозг — это асинхронная невзвешенная машина, а компьютер — это синхронно-взвешенная машина», — сказал Тан. «Это то, что я узнал на уроке нейронной науки», — добавил он. "Я думаю, что мы можем позаимствовать эту идею, чтобы построить нашу схему следующего поколения."
Синхронные устройства, такие как компьютеры, постоянно выполняют код и обмениваются данными, даже если нет никакой информации для отправки. В результате они тратят много энергии. Но если подумать о людях, которые разговаривают, им не нужно постоянно запускать процессы для синхронизации слов.
Тан предлагает заменить синхронные устройства устройствами, которые работают более эффективно, например, человеческий мозг.
«Я думаю, мы можем заменить существующие радиоустройства, которые используют синхронную информацию, на асинхронную информацию — это первая часть. Мы разработали радиоустройство с небольшими схемами. «Мы хотим продемонстрировать, что это радио может связываться с другим радио, используя очень низкое энергопотребление», — сказал Тан.
"Следующая часть — обработка информации.
Мы создали очень маленькую интегральную схему, 3 миллиметра на 3 миллиметра. После тестирования этого устройства мы хотим надеть его на шляпу с маленькой батареей для извлечения информации о мозговых волнах ЭЭГ.
Пациент или кто-то может носить его в течение дня или даже недели. Это предоставит врачам информацию для анализа."
ЭЭГ или электроэнцефалограмма — это тест, который измеряет и записывает электрическую активность мозга. Датчики прикреплены к голове пациента и подключены проводами к компьютеру, который регистрирует электрическую активность мозга и диагностирует такие проблемы, как эпилепсия.
Поскольку энергопотребление сенсорного устройства Тана настолько низкое, он планирует разработать какое-то устройство для сбора энергии, используя энергию вибраций или солнечную энергию. Таким образом, датчик больше не будет требовать батарею и станет независимым от энергии, что является конечной целью Tang.
Применение этой технологии действительно очень широкое. Тан сотрудничал с двумя исследователями из биологического факультета НМГУ.
Доцент Тимоти Райт использует кормушку для колибри, которая использует радиочастотную идентификацию, чтобы дать птицам доступ к нектару. Группа Тана разработала контроллер, механизм обнаружения, который предупреждает кормушку о приближении птицы и регистрирует данные. Питатель был построен Инженерно-технологическим центром Инженерного колледжа. Группа Райта провела исследование с кормушкой в Коста-Рике в прошлом году.
Исследование связывает когнитивные способности птиц с их способностью защищать свою территорию.
В другом исследовании профессор Грасиела Унгес работала с Тангом, чтобы использовать его технологию, чтобы помочь ей в изучении электрических рыб, которые способны создавать слабые электрические поля и использовать эту способность, чтобы чувствовать окружающую среду, выбирать себе пару и определять своих собственных членов. разновидность.
Тан разрабатывает крошечное устройство, которое можно разместить на рыбах для сбора данных об их поведении.
Это исследование важно для будущего использования датчиков, которые могут надежно передавать информацию через воду, что открывает путь для устройств, которые могут быть имплантированы в человеческое тело или погружены в воду, или встроены в бетонные конструкции для измерения механического напряжения, например.
«Приложения есть повсюду: промышленность, охрана окружающей среды, безопасность, биомедицина», — сказал Тан. "Повсюду мы видим потребность в миниатюрных компьютерах следующего поколения."