Propiciar el desarrollo de los implantes neuronales inalámbricos del futuro
En el proyecto IoN, financiado con fondos europeos, se ha creado un innovador método de alimentación inalámbrica por ultrasonidos para implantes médicos. Este innovador prototipo, que se ha desarrollado en el centro de investigación en nanoelectrónica y tecnología digital imec (entidad coordinadora del proyecto IoN) y la Universidad Tecnológica de Delft, ambos en los Países Bajos, sienta las bases para unos implantes neuronales en miniatura, inalámbricos y mínimamente agresivos. Imec presentó el prototipo en la Conferencia Internacional sobre Circuitos de Estado Sólido de 2024, que se celebró en San Francisco en febrero. La tecnología consume menos de la mitad de energía que otros sistemas y, además, tiene un tamaño reducido.
Liberación del potencial de los implantes neuronales
Las sondas neuronales empleadas hoy día para investigar y tratar trastornos neurológicos presentan ciertos problemas en lo que respecta a su alimentación. Tal y como se explica en una nota de prensa del imec, su cableado invasivo puede dejar cicatrices y provocar infecciones, mientras que la integración de baterías para eliminar la necesidad de conexión a la red plantea problemas de tamaño y fugas químicas. La nueva técnica no requiere procedimientos agresivos ni voluminosas baterías, y utiliza la tecnología de ultrasonidos para suministrar energía de forma inalámbrica a implantes neuronales en la corteza cerebral. «Si bien hoy día se están logrando grandes avances en las tecnologías de detección y estimulación de muchos implantes neuronales, las interfaces inalámbricas, que constituyen uno de sus componentes básicos, aún tienen mucho margen de mejora, sobre todo en términos de eficiencia energética y factor de forma», comenta Yao-Hong Liu, director científico del imec. «Para salvar esta brecha y liberar todo el potencial de los implantes neuronales, estamos aprovechando nuestras exclusivas tecnologías inalámbricas, de alimentación y telemetría, para desarrollar sistemas inalámbricos mínimamente agresivos adaptados a implantes en miniatura, con aplicaciones que van más allá de los implantes neuronales intracorticales». Para lograrlo, el equipo del IoN aplicó una técnica única de conducción adiabática basada en el concepto de redistribución global de la carga. Esta técnica utiliza los condensadores parásitos del propio conjunto de transductores de ultrasonidos y recicla las cargas, de modo que ya no se necesitan condensadores externos para redistribuirlas. Además, el chip está fabricado en un semiconductor complementario de óxido metálico de 65 nm y cuenta con una unidad de conducción de 116 × 116 μm totalmente integrada, lo que permite ahorrar un 69 % de energía en comparación con la conducción de clase D convencional. Gracias a este diseño, la unidad de conducción adiabática ultrasónica es la más pequeña de su tipo y, además, la de menor consumo energético entre los sistemas más avanzados. Para uso médico, la dirección del haz hasta ángulos grandes (>45 °) es fundamental para maximizar la entrega de energía y compensar cualquier micromovimiento o desalineación que se pueda producir en el cerebro, como los que ocurren durante una operación o al respirar. La introducción de un controlador de dirección del haz posibilita que el concepto de redistribución global de la carga de imec logre una dirección del haz de hasta 53 °. «Gracias a nuestros avances, sobre todo en áreas como la integración y el envasado de microsistemas, aspiramos a demostrar la aplicación práctica de nuestra tecnología en condiciones reales “in vivo”, y además damos la bienvenida a colaboraciones con profesionales o investigadores médicos», concluye Liu, director del proyecto IoN. El proyecto IoN (Intranet of Neurons: A Minimally-invasive and High-capacity Transcranial Telemetry Network for Large-scale Brain-wide Neural Recordings) finaliza en agosto de 2026. Para más información, consulte: Página web del proyecto ION
Palabras clave
IoN, implante, implante neuronal, implante médico, ultrasonido, cerebro, neurona
