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Jueves, 01 Septiembre 2016 12:07

Nacen las primeras lentillas inteligentes capaces de comunicarse con un móvil

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Lentillas inteligentes - Dr. Rafael Benavides Yanguas

Una promesa de la microelectrónica moderna es la posibilidad de integrar sensores en diferentes partes del cuerpo humano y utilizarlos para monitorizarlo todo, desde los niveles de glucosa en sangre hasta las ondas cerebrales. Podrían incluso ayudar a tratar problemas como la epilepsia y el párkinson, entre otras.

Para llevar a cabo esta función, estos dispositivos necesitan comunicarse con el mundo exterior, algo que requiere mucha energía. Este proceso podría realizarse con un equipo de identificación por radiofrecuencia (RFID), pero suelen ser grandes, difíciles de manejar y consumen mucha energía. Una manera mejor sería sincronizarlos con dispositivos portátiles y omnipresentes como smartphones, relojes o tabletas.

Pero existe un problema. A pesar de que el Bluetooth y el wifi son formas de comunicación que consumen poca energía, superan el "presupuesto energético" necesario para dispositivos como las lentillas inteligentes. En consecuencia, es imposible conectar un dispositivo integrado mediante Bluetooth o wifi, y por ende, no es fácil establecer una comunicación constante con ellos.

Esta perspectiva está a punto de cambiar gracias al trabajo del investigador de la Universidad de Washington en Seattle (EU) Joshua Smith y unos compañeros. Este equipo ha desarrollado una forma ingeniosa para permitir que los dispositivos integrados capturen señales de radio Bluetooth y las utilicen para emitir ondas wifi. Incluso han construido varios prototipos compatibles con wifi para mostrar su funcionamiento.

A primera vista, es lógico pensar que convertir las señales Bluetooth en wifi es imposible. Estos sistemas operan en frecuencias diferentes y utilizan protocolos de transmisión totalmente distintos.

El wifi necesita un ancho de banda de 22 MHz y emplea una codificación de espectro ensanchado. El Bluetooth necesita hasta 2 MHz de ancho de banda y se basa en la modulación por desplazamiento de frecuencia gausiana. Según esta, un uno se representa como una modulación positiva de 250 kHz, y un cero se traduce en una modulación negativa de 250 kHz. En resumen, son sistemas completamente dispares.

Sin embargo, Smith y sus colegas han inventado un truco muy inteligente que les permite convertir las señales de Bluetooth en wifi. Consiste en lograr que el emisor Bluetooth transmita una secuencia continua de unos o ceros para producir un tono constante de ruido blanco.

El dispositivo integrado detecta justamente este ruido blanco, lo modifica y lo vuelve a transmitir como señal de wifi mediante un proceso de retrodispersión. De esta forma se produce una señal cuya frecuencia se ha modificado para adaptarse a uno de los canales wifi y que después se modula de acuerdo con el protocolo de transmisión wifi 802.11b.

 En las pruebas, este proceso ha resultado ser tremendamente eficiente desde el punto de vista energético. Smith y sus compañeros afirman: "En total, generar paquetes de 2 Mbps con 802.11b consume 28 µW".

Por supuesto cualquier ingeniero eléctrico dirá que este proceso genera una señal de imagen espejo por la otra parte de la frecuencia de Bluetooth, que en el mejor de los casos es un desperdicio, y en el peor de los casos puede interferir con otras señales.

Smith y sus colegas han encontrado otra manera ingeniosa de solucionar este inconveniente. Para ello es necesario seleccionar unos materiales para antena que tengan una impedancia compleja. De esta forma se produce una señal espejo con una frecuencia negativa, lo cual no podría pasar en la práctica. Como resultado se obtiene el primer ejemplo de retrodispersión en banda lateral única.

Todo este proceso permite al dispositivo comunicarse con el mundo exterior a través de señales radiodispersadas.

Sin embargo, para poder llevar a cabo una comunicación bidireccional, el dispositivo necesita recibir señales. El equipo lo ha conseguido al conseguir que las señales wifi 802.11g parezcan señales AM estándar moduladas, que el dispositivo podría recibir a una velocidad de 160 Kbps No es que sea muy rápido, pero se podría mejorar de forma significativa en nuevos dispositivos.

Por último, Smith y sus compañeros han unificado todas estas técnicas para fabricar varios demostradores de tecnología. Uno de ellos es una antena para una lente de contacto inteligente diseñada para medir los niveles de glucosa a través de las lágrimas del portador. El prototipo está fabricado con un círculo de alambre de polidimetilsiloxano para superar la incompatibilidad.

El equipo ha realizado pruebas mediante retrodispersión y modificación exitosas de las señales de Bluetooth procedentes de un transmisor próximo de un teléfono inteligente Samsung Galaxy S4 que recibe la señal wifi.  Smith afirma: "El gráfico muestra que podemos lograr un alcance de más de sesenta centímetros, lo que demuestra la flexibilidad de la lente de contacto inteligente que se comunica directamente con dispositivos de radio habituales".

También están diseñando una antena para un sistema de registro neuronal, que se implanta bajo el cráneo para monitorizar las ondas cerebrales. Para probar este dispositivo, lo integraron en una chuleta de cerdo y fueron capaces de recibir señales en su smartphone Samsung Galaxy S4.

Se trata de un trabajo interesante que sienta las bases para una nueva generación de dispositivos integrados capaces de comunicarse fácilmente con dispositivos portátiles usuales. Smith explica: "Construimos prototipos para aplicaciones que antes se consideraban imposibles, incluyendo el primer prototipo de antena en formato lentilla y una interfaz de registro neuronal implantable que se comunican directamente con dispositivos comunes como smartphones y relojes, lo que nos ofrece una visión de dispositivos implantados conectados a internet".

El equipo debería ser capaz de mejorar el rendimiento mediante una mayor optimización. De esta forma, sería posible diseñar una nueva generación de aplicaciones que permitirían procesar e interactuar con datos originados en dispositivos integrados en sus cuerpos.

Fuente: http://www.invdes.com.mx

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