植入式醫(yī)療設(shè)備將能兼容Wi-Fi與ZigBee的信號(hào)

華盛頓大學(xué)的研究人員開(kāi)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(hào)，將無(wú)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(jì)算機(jī)科學(xué)系團(tuán)隊(duì)，還首度展示了藍(lán)牙傳輸如何能被用來(lái)建立兼容?Wi-Fi?與?ZigBee?的信號(hào)。

也就是說(shuō)，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(lái)與其他設(shè)備透過(guò)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(wú)法使用藍(lán)牙或是 Wi-Fi 芯片，因?yàn)闀?huì)消耗太多功率在產(chǎn)生它們自己的無(wú)線電信號(hào)上。”

“間散射通信”并不需要產(chǎn)生自己的無(wú)線電信號(hào)，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(wú)線信號(hào)“回收再利用”；Iyer 解釋：“我們讓像是智能手表、智能手機(jī)等設(shè)備來(lái)做耗電量較大的產(chǎn)生無(wú)線電信號(hào)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(lái)反射該信號(hào)?！?/p>

Iyer 補(bǔ)充指出，這種間散射組件的傳輸并不是正常的無(wú)線電，只是一個(gè)鏈接到天線的開(kāi)關(guān)(switch)：“開(kāi)啟與關(guān)閉這個(gè)開(kāi)關(guān)，讓我們能改變天線反射能量的方式；只要透過(guò)切換開(kāi)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(hào)，讓它看起來(lái)就像是能用手機(jī)接收的 Wi- Fi 封包?！?/p>

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

例如該團(tuán)隊(duì)示范利用智能手表把一個(gè)藍(lán)牙信號(hào)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(tuán)隊(duì)開(kāi)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(hào)。透過(guò)反向散射該單頻信號(hào)，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(jī)、平板設(shè)備或筆記本電腦可閱讀的標(biāo)準(zhǔn) Wi-Fi 封包。

對(duì)植入式醫(yī)療設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(wú)線電會(huì)很快消耗電池電力，可能得動(dòng)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(wàn)分之一。

許多植入設(shè)備到目前為止都無(wú)法傳送訊息，因?yàn)樗鼈兊某叽缫约氨谎b在人體內(nèi)，無(wú)法利用 Wi-Fi 將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)或其他行動(dòng)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(lái)說(shuō)，隱形眼鏡能被用來(lái)透過(guò)淚液監(jiān)測(cè)糖尿病患者的血糖值，并在血糖值降低時(shí)發(fā)送通知到手機(jī)上?！?/p>

在被問(wèn)到為何該團(tuán)隊(duì)選擇反射藍(lán)牙信號(hào)時(shí)，Iyer 的回答是：“因?yàn)樗{(lán)牙被行動(dòng)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(bǔ)充指出：“我們認(rèn)為把藍(lán)牙變成 Wi-Fi 很酷，因?yàn)楹笳叩臄?shù)據(jù)傳輸速率很高。我們也證實(shí)能用同樣的技術(shù)把藍(lán)牙變成 ZigBee，甚至是另一個(gè)不同的藍(lán)牙封包。”

在開(kāi)發(fā)這種通信技術(shù)的過(guò)程中，華盛頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)也遭遇了一些挑戰(zhàn)；包括后向散射的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不需要的信號(hào)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(guò)該團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(yùn)作、不會(huì)產(chǎn)生干擾。”研究團(tuán)隊(duì)為先前不可行的應(yīng)用建立了三個(gè)概念驗(yàn)證范例，包括能直接與智能手機(jī)、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)。