طور باحثون من كوريا الجنوبية أول شريحة إلكترونية في العالم من نوع SAR ADC تعتمد على بنية جديدة تجمع بين التداخل الزمني وتشكيل الضوضاء، مما يمهد الطريق لإنتاج ساعات ذكية وأساور صحية أكثر دقة وكفاءة.

وتستطيع الشريحة الجديدة قياس عدة إشارات حيوية في الوقت نفسه، بما في ذلك تخطيط القلب الكهربائي (ECG) وتخطيط العضلات الكهربائي (EMG)، لتضع معيارا جديدا في تقنيات الأجهزة القابلة للارتداء.

شريحة إلكترونية ( مصدر الصورة: Freepik )

حل مشكلة ضعف ملامسة الجلد

تعاني حتى أحدث الساعات الذكية والأساور الطبية من انخفاض دقة القياسات عندما لا تكون المستشعرات ملامسة للجلد بإحكام.

وللتغلب على هذه المشكلة، نجح فريق الباحث جونغهيوب لي من معهد دايغو جيونغبوك للعلوم والتكنولوجيا (DGIST) في تطوير شريحة تجمع بين ثلاث مزايا رئيسية لم يكن من الممكن تحقيقها معا سابقا، وهي:

مقاومة دخل فائقة الارتفاع للحفاظ على جودة الإشارة حتى عند ضعف أو انعدام التلامس مع الجلد.

نطاق إدخال واسع يقلل من التشوهات الناتجة عن حركة المستخدم.

استهلاك منخفض جدا للطاقة يتيح تشغيل الأجهزة لفترات طويلة دون الحاجة إلى إعادة الشحن بشكل متكرر.

بنية جديدة تقلل الحجم واستهلاك الطاقة

يعتمد الابتكار على تصميم جديد يُعرف باسم "التداخل الزمني من الدرجة الثالثة مع تشكيل الضوضاء" داخل محول SAR ADC.

وتقوم هذه البنية على مشاركة الوحدات الإلكترونية الأكبر والأكثر استهلاكا للطاقة بين عدة قنوات في الوقت نفسه، بينما يتم تخصيص الحد الأدنى فقط من المكونات لكل قناة على حدة.

وساعد هذا التصميم في تقليل مساحة الشريحة بشكل ملحوظ، إلى جانب خفض استهلاك الطاقة، مما أدى إلى إنتاج شريحة صغيرة الحجم وعالية الكفاءة.

تقنيات إضافية لتحسين الأداء

عزز الباحثون أداء الشريحة باستخدام تقنيتين طورهما الفريق البحثي، هما:

CAIB، التي تقلل استهلاك الطاقة عبر ضبط مستويات الجهد الكهربائي مسبقًا قبل بدء عملية القياس.

TD-CLA، التي تعمل على تعويض التشوهات في الإشارات الحيوية وتحسين دقة القياسات.

وبفضل هاتين التقنيتين، حقق الفريق ما وصفه بأفضل أداء عالمي لفئة هذه الشرائح الإلكترونية.

تطبيقات واسعة في الأجهزة الطبية

يرى الباحثون أن الشريحة الجديدة ستكون مناسبة بشكل خاص للأجهزة التي تستخدم أقطابا جافة أو مستشعرات غير تلامسية، وهو ما يفتح المجال أمام تطوير جيل جديد من المنصات الطبية الرقمية القادرة على مراقبة المؤشرات الحيوية بدقة ولفترات زمنية طويلة.

ومن المتوقع استخدام هذه التقنية في:

أنظمة المراقبة الصحية طويلة الأمد.

الأجهزة الطبية الرقمية القابلة للارتداء.

المعدات الطبية عالية الدقة.

التطبيقات التي تتطلب استقرارا في الأداء مع استهلاك منخفض للطاقة.

عرض النتائج في مؤتمر دولي

عرض الفريق البحثي نتائج هذا الابتكار خلال ندوة IEEE لتقنيات ودوائر التكامل واسع النطاق (IEEE VLSI 2026) التي أقيمت في مدينة هونولولو، حيث يتوقع أن تسهم هذه الشريحة في تطوير مستقبل الأجهزة الصحية الذكية التي تعتمد على المراقبة الدقيقة والمستمرة للمؤشرات الحيوية.