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Implante cardíaco alimentado por RF

14.09.2012

Un equipo de ingenieros de Stanford ha presentado un dispositivo cardíaco implantable en miniatura alimentado por ondas de radio en lugar de baterías. El dispositivo mide solo unos 0,8 mm y podría caber en la punta de una aguja.

Los resultados han sido publicados en Applied Physics Letters. Los científicos han demostrado el funcionamiento de un dispositivo milimétrico implantado en el pecho a una profundidad de unos cinco centímetros directamente sobre la superficie del corazón humano. Hasta ahora, tal profundidad se consideraba inaccesible a las ondas de radio. Los ingenieros creen que este es solo el primer paso en la producción de implantes inalámbricos. Además de los implantes cardíacos, estos pueden ser endoscopios, marcapasos, estimuladores cerebrales y otros dispositivos médicos donde el tamaño y la potencia pequeños son críticos.

Los implantes han revolucionado la medicina en su época. En la actualidad, dichos dispositivos (marcapasos, implantes cocleares, etc.) brindan una calidad de vida adecuada a cientos de miles, si no millones, de pacientes. Pero en el proceso de diseño de estos dispositivos, uno tiene que resolver problemas de ingeniería complejos. El tamaño del elemento nutritivo y el tiempo de su operación son críticos. Por ejemplo, en un marcapasos, la batería ocupa hasta la mitad de su volumen total. Y cuando la batería se agota, la persona necesita una nueva operación. La capacidad de recibir energía a través de ondas de radio resuelve ambos problemas.

Según los modelos matemáticos existentes, se suponía que las ondas de alta frecuencia no penetraban demasiado profundamente en los tejidos del cuerpo humano. Debido a esto, hasta ahora no ha habido intentos de crear tales implantes: se requerirían transmisores de baja frecuencia y, en consecuencia, grandes antenas. Demasiado grande para ser implantado en el cuerpo. Sin embargo, un equipo de científicos dirigido por Ada Poon, profesora de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, ha refutado esta idea.

Las ondas eléctricas se disipan muy rápidamente en los tejidos, pero las ondas de radio, con la selección adecuada de frecuencias, pueden penetrar a grandes profundidades. Al revisar los modelos, Ada Poon y sus coautores demostraron que en un determinado rango de alta frecuencia, la potencia de la energía transmitida aumenta unas diez veces. Esto significa que las antenas receptoras pueden ser 10 veces más pequeñas, lo que significa que ya no habrá problemas con el implante por el tamaño. Al mismo tiempo, la frecuencia óptima a la que opera el dispositivo es capaz de producir alrededor de 50 microvatios de energía, lo que supera significativamente las necesidades de los marcapasos existentes: 8 microvatios.

Los desarrolladores solicitaron una patente sobre el diseño de la antena de implante inalámbrico y planean continuar trabajando para crear los dispositivos más eficientes que cumplan con los estándares sanitarios establecidos por el IEEE.

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Gracias a una arquitectura especialmente diseñada, Eyeriss, según los desarrolladores, es 10 veces más eficiente que las GPU a la hora de construir redes neuronales. Es cierto que los investigadores no especificaron con qué GPU compararon su creación.

Los desarrolladores no revelan detalles especiales, pero aún se sabe algo. El procesador tiene una arquitectura única. Durante su desarrollo, los especialistas del MIT buscaron crear la mayor cantidad posible de una solución independiente. Como resultado, cada núcleo de Eyeriss tiene su propia memoria. Aparentemente, se trata de la memoria caché. Se desconoce su volumen. Esto permite que el procesador acceda con menos frecuencia a cualquier memoria externa para realizar cálculos, lo que aumenta significativamente su rendimiento y, de hecho, anula cualquier retraso.

En segundo lugar, cada núcleo puede comunicarse con los núcleos vecinos. Esto le permite minimizar los retrasos del propio procesador, por así decirlo. También cabe destacar un bloque especial para distribuir tareas entre los núcleos y algún tipo de tecnología de compresión de datos antes de enviarlos a cada núcleo.

En la conferencia, los desarrolladores demostraron una red neuronal basada en uno de esos procesadores, que se dedicaba al reconocimiento de objetos. Vale la pena señalar que esta fue la primera vez que solo un procesador participó en tales tareas.

Un factor importante es el bajo consumo de energía de Eyeriss. No dieron datos exactos, pero dijeron que la solución podría usarse en dispositivos móviles compactos. En general, un procesador de este tipo puede ser muy útil para los automóviles del futuro cercano, especialmente para los vehículos no tripulados.

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