超微小ワイヤレスチップで体内プロセス監視─ 超音波給電・通信で注射器注入可能なインプラントへ
世界最小単一チップシステム:ダニサイズの完全機能電子回路
コロンビア大学工学部が開発した体積 0.1 mm³ 未満の単一チップシステムは、顕微鏡でしか見えないダニサイズ。注射器で体内注入可能なインプラントチップへの道を開く。
従来インプラント電子デバイスの課題
生体信号監視・生理機能支援・疾病治療で医療変革中だが、従来品は複数チップ・パッケージ・配線・外部トランスデューサ・バッテリ必要で体積効率極めて悪い。電子部品の更なる集積化(チップオンチップ)が趨勢。
超音波で給電・通信のブレイクスルー
このサイズでは従来RF通信不可(電磁波波長がデバイスサイズ対比巨大)。超音波は光速より音速が遥かに遅いため、同周波数で波長が極めて短い特性を活用。チップ上に直接圧電材料を積層し、超音波用「アンテナ」を集積。
- 給電・通信両方を超音波で実現
- チップ単体で完全機能電子システム(「チップ=システム」概念)
- TSMC製造+コロンビアナノイニシアチブ/CUNY ASRCで追加プロセス
「ムーアの法則超え」技術
Ken Shepard 教授(電気工学・生体医工学教授):標準CMOSに圧電材料直接積層で音響エネルギー→電気エネルギー変換実現。「ムーアの法則超え」技術の好例。
現在と将来
現在:体温測定デバイス実証済み。目標:注射器注入後、超音波で体外通信し局所計測情報送信。血圧、グルコース、呼吸等多項目監視へ展開中。
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