植入式醫(yī)療設(shè)備將能兼容Wi-Fi與ZigBee的信號

華盛頓大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種他們稱之為“間散射通信”的技術(shù)，反向散射或反射像是空氣中的藍(lán)牙等現(xiàn)存信號，將無線傳輸由某種技術(shù)轉(zhuǎn)變成另一種；華盛頓大學(xué)的電子工程與計算機科學(xué)系團隊，還首度展示了藍(lán)牙傳輸如何能被用來建立兼容?Wi-Fi?與?ZigBee?的信號。

也就是說，這種技術(shù)能為功率受限的設(shè)備例如醫(yī)療植入設(shè)備帶來與其他設(shè)備透過標(biāo)準(zhǔn) Wi-Fi 通信“交談”的能力。上述論文共同作者、華盛頓大學(xué)電子工程系博士生 Vikram Iyer 表示，可以想象一下例如智能隱形眼鏡、大腦植入設(shè)備或是信用卡等尺寸微小的設(shè)備：“它們無法使用藍(lán)牙或是 Wi-Fi 芯片，因為會消耗太多功率在產(chǎn)生它們自己的無線電信號上。”

“間散射通信”并不需要產(chǎn)生自己的無線電信號，那些間散射設(shè)備能把鄰近設(shè)備例如智能手表所傳輸?shù)臒o線信號“回收再利用”；Iyer 解釋：“我們讓像是智能手表、智能手機等設(shè)備來做耗電量較大的產(chǎn)生無線電信號工作，然后低功率的隱形眼鏡、植入設(shè)備或是信用卡等，就能以一種將它們自己的數(shù)據(jù)編碼的方法來反射該信號?！?/p>

Iyer 補充指出，這種間散射組件的傳輸并不是正常的無線電，只是一個鏈接到天線的開關(guān)(switch)：“開啟與關(guān)閉這個開關(guān)，讓我們能改變天線反射能量的方式；只要透過切換開關(guān)到正確的速率(rate)，我們的間散射組件就能反射由像是智能手表等設(shè)備產(chǎn)生的藍(lán)牙信號，讓它看起來就像是能用手機接收的 Wi- Fi 封包?！?/p>

20160823-WIFI-1 “間散射”通信能利用日常所見行動設(shè)備產(chǎn)生低功耗 Wi-Fi 傳輸；例如圖中來自智能手表(左)的藍(lán)牙信號，能為大腦植入設(shè)備(右)透過 Wi-Fi 傳輸數(shù)據(jù)到智能手機（來源：Mark Stone，華盛頓大學(xué)）

例如該團隊示范利用智能手表把一個藍(lán)牙信號傳輸?shù)脚鋫淞颂炀€的智能隱形眼鏡，為了制作一塊能寫入新訊息的“白板”，華盛頓大學(xué)團隊開發(fā)了一種方法把藍(lán)牙傳輸變成能被進(jìn)一步操縱與轉(zhuǎn)換的“單頻(single tone)”信號。透過反向散射該單頻信號，隱形眼鏡能將數(shù)據(jù)編碼(例如所收集的健康信息)到智能手機、平板設(shè)備或筆記本電腦可閱讀的標(biāo)準(zhǔn) Wi-Fi 封包。

對植入式醫(yī)療設(shè)備來說，維持電池續(xù)航力至關(guān)重要；“如果你的植入設(shè)備內(nèi)有無線電會很快消耗電池電力，可能得動手術(shù)才能換電池；”lyer 表示：“而像是隱形眼鏡那么小的東西，若配備微型電池甚至恐怕不足以供應(yīng)一般 Wi-Fi 或藍(lán)牙芯片所需電力?！彼赋?，間散射能讓那些植入設(shè)備擁有 Wi-Fi 功能，而且所需電力是那些普通 Wi-Fi 芯片的萬分之一。

許多植入設(shè)備到目前為止都無法傳送訊息，因為它們的尺寸以及被裝在人體內(nèi)，無法利用 Wi-Fi 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苁謾C或其他行動設(shè)備上；Iyer 表示，賦予植入式設(shè)備與其他設(shè)備溝通的能力：“可以改變我們管理慢性疾病的方式；舉例來說，隱形眼鏡能被用來透過淚液監(jiān)測糖尿病患者的血糖值，并在血糖值降低時發(fā)送通知到手機上?！?/p>

在被問到為何該團隊選擇反射藍(lán)牙信號時，Iyer 的回答是：“因為藍(lán)牙被行動設(shè)備廣泛采用，其移頻鍵控(frequency shift keying)通信協(xié)議，使其能容易利用我們的技術(shù)轉(zhuǎn)換成 Wi-Fi；”他補充指出：“我們認(rèn)為把藍(lán)牙變成 Wi-Fi 很酷，因為后者的數(shù)據(jù)傳輸速率很高。我們也證實能用同樣的技術(shù)把藍(lán)牙變成 ZigBee，甚至是另一個不同的藍(lán)牙封包?！?/p>

在開發(fā)這種通信技術(shù)的過程中，華盛頓大學(xué)團隊也遭遇了一些挑戰(zhàn)；包括后向散射的過程會產(chǎn)生不需要的信號鏡像復(fù)制，因此消耗更多帶寬，以及與鏡像復(fù)制 Wi-Fi 信道網(wǎng)絡(luò)之間的干擾。不過該團隊開發(fā)了一種叫做“單邊帶后向散射(single sideband backscatter)”的技術(shù)，避免那些不想要的副產(chǎn)品出現(xiàn)。

論文共同作者、華盛頓大學(xué)電子工程博士生 Bryce Kellogg 表示：“那意味著我們能只用跟 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)一樣的帶寬，而且仍然可以讓其他 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)運作、不會產(chǎn)生干擾。”研究團隊為先前不可行的應(yīng)用建立了三個概念驗證范例，包括能直接與智能手機、智能手表的溝通的智能隱形眼鏡、植入式神經(jīng)紀(jì)錄設(shè)備(implantable neural recording device)。