人类的大脑是一个复杂的生物计算机拥有数十亿的神经元,能够在你的神经系统中发送和接收微小的电信号。一些先进的探针阵列每平方厘米包含数百甚至数千个探针, 可以在同一个植入体中发送和接收这些小的电信号,从而允许数据直接读写大脑。
埃隆·马斯克(Elon Musk)的Neuralink公司正在开发下一代探针阵列,通过手术将其植入大脑灰质,为残疾患者提供一些围绕恢复感觉和运动功能的令人惊叹的应用。
卡耐基梅隆大学机械工程副教授拉胡尔·帕纳特和卡耐基梅隆大学生物科学助理教授埃里克·伊特里正在这一领域开展工作,他们的工作重点是这些微探针阵列的制造方法,目的是大幅度增加探针阵列的密度,使更多的信号可以从大脑发送和测量。这些新型探针阵列使用Optomec公司的Aerosol Jet 3D打印技术,通过直接打印柱状结构(如图所示),直接在电路上实现有史以来先进的人机界面探针。 这些阵列可以有单个电极(柱),其顶端的横截面宽度小于0.010毫米,而高度为毫米(S),纵横比为100 : 1。这种几何结构使探测器阵列具有非凡的封装密度,已经证明每平方厘米高达6400个探头。生产这些探针的传统方法,主要是用薄片切割一块材料,每平方厘米100-300个探针的填充密度有限,这是对现有探针的20X+改进,增加的填充密度使得从大脑中测量到的电信号数量显著增加。
除了产生更多的信号外,探头还由高导电性的金属制成,带有电镀涂层,通过降低与组织的接触电阻来增强信号的信噪比。所有这一切在神经探针中达到顶峰,该探针具有高信噪比,用于测量来自大脑的电脉冲,并且每单位区域产生的信号密度最高。
各种微针结构在脑机接口中的应用
Rahul Panat表示,“Aerosol Jet 3D技术是目前唯一能够实现这些密集封装的探测器设计的技术”,这主要是由于该技术材料的灵活性,以及通过控制液体材料沉积的干燥速度以3D方式沉积液体材料的独特能力。
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