迷你天线：脑机接口和微型医疗器械的新玩法？

　　近日，美国东北大学的工程师研发出了体积不到当前天线1/100的“迷你天线”，它能够实现无线通信。该进展有助于制造微型脑植入器、微型医疗器械或者可穿戴在手指上的手机。

　　图丨微型天线可以替代手机和身体监测器用的传统天线

　　新型迷你天线能够把电磁波(比如，光波和无线电波)和声波(比如，声音和无声振动)区分开。电磁波是以波动的形式传播的电磁场，传播速度为光速(3亿米/秒)。声波是指发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播，在同一个频率下，电磁波的波长比声波的波长要长很多。

　　天线利用电磁波共振来接收信息，并将该共振转变成电压。为了产生共振，传统天线的长度要与它接收的电磁波的波长相匹配，这就意味着传统天线相对较长。但是，就如同吉他发声的原理，天线也可与声波发生共振，而新型天线就是利用了这一优势。新型天线可以接收一定频率的电磁波，该频率与波长更短的同频率声波相匹配，这样也就意味着，对于任一信号频率，这款天线可以更短。

　　该技术的核心在于将接收的电磁波快速转变成声波。为了实现这一过程，三分之二的天线采用所谓的压磁材料薄片，它在电磁场中能够扩展与收缩。如果大小和形状合适，该薄片就可以有效地将接收的电磁波转变成声波。然后，压磁材料连接到压电材料，把振动转变成振动电压。然后天线发出信号，信息沿着相反方向传递，从电压到振动再到电磁波。该研究的作者Nian Sun是美国东北大学的一名电子工程师、材料学家，他表示，最大的挑战在于找到合适的压磁材料，最终他选定的是铁、镓和硼的组合材料。

　　该团队研究了两种声波天线。一种是圆形天线，适用的工作频率范围是千兆赫兹，比如适用于WiFi的频率。另一种是矩形天线，适用于兆赫兹频率范围，用于TV和收音机。每种天线的直径都小于1毫米，并且这两种可以制造在同个单晶片上。研究人员在一个特殊的绝缘室内进行了测试，结果与同样大小的传统环形天线相比，该迷你天线可以发送并接收2.5千兆赫兹的信号，效率提高了10万倍。他们的研究成果发表在《自然通讯》上。

　　美国加利福尼亚大学的电气工程师Y.Ethan Wang曾帮助研发该技术，他表示这项工作使原始概念更靠近现实了。但该技术还存在问题，美国亚利桑那州立大学的电气工程师Rudy Diaz猜测，消费设备或者体内用天线可能由于其高能量密度而释放很多热量。另外，Wang也表示，声波天线比较难制造，并且在很多情况下更大的传统天线效果会更好。

　　不过，Sun也在探索迷你天线的实际应用。他正在缩小千赫兹的天线(能够实现地面或者水下通信)，将其从千米长度的电缆缩小到手掌大小的装置。该天线可以为地面上的人与潜艇里或煤矿里的人建立联系。Sun还与麻省综合医院的一名神经外科医生合作，研发了脑植入器，来读取或者控制神经活动，有助于诊断并治疗癫痫患者，甚至是建立脑机接口。

　　该迷你天线可能有助于减小移动电话的体积、减小卫星的体积、把微小物体连接到所谓的物联网上，或者被用于到医学检测或身份鉴定。