迷你天線：腦機接口和微型醫(yī)療器械的新玩法？

　　近日，美國東北大學(xué)的工程師研發(fā)出了體積不到當前天線1/100的“迷你天線”，它能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信。該進展有助于制造微型腦植入器、微型醫(yī)療器械或者可穿戴在手指上的手機。

　　圖丨微型天線可以替代手機和身體監(jiān)測器用的傳統(tǒng)天線

　　新型迷你天線能夠把電磁波(比如，光波和無線電波)和聲波(比如，聲音和無聲振動)區(qū)分開。電磁波是以波動的形式傳播的電磁場，傳播速度為光速(3億米/秒)。聲波是指發(fā)聲體產(chǎn)生的振動在空氣或其他物質(zhì)中的傳播，在同一個頻率下，電磁波的波長比聲波的波長要長很多。

　　天線利用電磁波共振來接收信息，并將該共振轉(zhuǎn)變成電壓。為了產(chǎn)生共振，傳統(tǒng)天線的長度要與它接收的電磁波的波長相匹配，這就意味著傳統(tǒng)天線相對較長。但是，就如同吉他發(fā)聲的原理，天線也可與聲波發(fā)生共振，而新型天線就是利用了這一優(yōu)勢。新型天線可以接收一定頻率的電磁波，該頻率與波長更短的同頻率聲波相匹配，這樣也就意味著，對于任一信號頻率，這款天線可以更短。

　　該技術(shù)的核心在于將接收的電磁波快速轉(zhuǎn)變成聲波。為了實現(xiàn)這一過程，三分之二的天線采用所謂的壓磁材料薄片，它在電磁場中能夠擴展與收縮。如果大小和形狀合適，該薄片就可以有效地將接收的電磁波轉(zhuǎn)變成聲波。然后，壓磁材料連接到壓電材料，把振動轉(zhuǎn)變成振動電壓。然后天線發(fā)出信號，信息沿著相反方向傳遞，從電壓到振動再到電磁波。該研究的作者Nian Sun是美國東北大學(xué)的一名電子工程師、材料學(xué)家，他表示，最大的挑戰(zhàn)在于找到合適的壓磁材料，最終他選定的是鐵、鎵和硼的組合材料。

　　該團隊研究了兩種聲波天線。一種是圓形天線，適用的工作頻率范圍是千兆赫茲，比如適用于WiFi的頻率。另一種是矩形天線，適用于兆赫茲頻率范圍，用于TV和收音機。每種天線的直徑都小于1毫米，并且這兩種可以制造在同個單晶片上。研究人員在一個特殊的絕緣室內(nèi)進行了測試，結(jié)果與同樣大小的傳統(tǒng)環(huán)形天線相比，該迷你天線可以發(fā)送并接收2.5千兆赫茲的信號，效率提高了10萬倍。他們的研究成果發(fā)表在《自然通訊》上。

　　美國加利福尼亞大學(xué)的電氣工程師Y.Ethan Wang曾幫助研發(fā)該技術(shù)，他表示這項工作使原始概念更靠近現(xiàn)實了。但該技術(shù)還存在問題，美國亞利桑那州立大學(xué)的電氣工程師Rudy Diaz猜測，消費設(shè)備或者體內(nèi)用天線可能由于其高能量密度而釋放很多熱量。另外，Wang也表示，聲波天線比較難制造，并且在很多情況下更大的傳統(tǒng)天線效果會更好。

　　不過，Sun也在探索迷你天線的實際應(yīng)用。他正在縮小千赫茲的天線(能夠?qū)崿F(xiàn)地面或者水下通信)，將其從千米長度的電纜縮小到手掌大小的裝置。該天線可以為地面上的人與潛艇里或煤礦里的人建立聯(lián)系。Sun還與麻省綜合醫(yī)院的一名神經(jīng)外科醫(yī)生合作，研發(fā)了腦植入器，來讀取或者控制神經(jīng)活動，有助于診斷并治療癲癇患者，甚至是建立腦機接口。

　　該迷你天線可能有助于減小移動電話的體積、減小衛(wèi)星的體積、把微小物體連接到所謂的物聯(lián)網(wǎng)上，或者被用于到醫(yī)學(xué)檢測或身份鑒定。