KR20240088530A - Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device - Google Patents

Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device Download PDF

Info

Publication number
KR20240088530A
KR20240088530A KR1020230039870A KR20230039870A KR20240088530A KR 20240088530 A KR20240088530 A KR 20240088530A KR 1020230039870 A KR1020230039870 A KR 1020230039870A KR 20230039870 A KR20230039870 A KR 20230039870A KR 20240088530 A KR20240088530 A KR 20240088530A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
wireless power
signal processing
neural signal
brain
Prior art date
Application number
KR1020230039870A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
장경인
Original Assignee
엔사이드 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엔사이드 주식회사 filed Critical 엔사이드 주식회사
Priority to KR1020230039870A priority Critical patent/KR20240088530A/en
Publication of KR20240088530A publication Critical patent/KR20240088530A/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]
    • A61B5/293Invasive
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0006ECG or EEG signals
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0031Implanted circuitry
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6867Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive specially adapted to be attached or implanted in a specific body part
    • A61B5/6868Brain
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823Wires
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/40Animals
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/42Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals for laboratory research
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02Operational features
    • A61B2560/0204Operational features of power management
    • A61B2560/0214Operational features of power management of power generation or supply
    • A61B2560/0219Operational features of power management of power generation or supply of externally powered implanted units

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

다양한 실시예들에 따라서, 무선 전력 송신 장치는, 전력 입력을 위한 제1 안테나; 및 상기 제1 안테나로부터 미리 정해진 제1 거리만큼 상향 이격되어 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나;를 포함하고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는, 실험용 동물을 수용하는 케이지를 둘러싸는 형상을 갖고, 상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물을 지지하기 위한 상기 케이지의 발판으로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 상향 이격된 지점에 위치하고, 상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물의 뇌의 주변에 위치하는 무선 전력 수신 모듈로 전력을 무선으로 송신하되, 상기 무선 전력 수신 모듈은 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함할 수 있다. 그 밖의 다양한 실시예들도 가능할 수 있다.According to various embodiments, a wireless power transmission apparatus includes: a first antenna for power input; and a second antenna spaced upwardly from the first antenna by a predetermined first distance to amplify the power input, wherein the first antenna and the second antenna surround a cage accommodating an experimental animal. It has a shape, the second antenna is located at a point spaced upward by a predetermined second distance from the footrest of the cage for supporting the experimental animal, and the second antenna is located around the brain of the experimental animal. Power is transmitted wirelessly to a wireless power reception module, where the wireless power reception module may include a litz wire coil. Various other embodiments may also be possible.

Description

신경 신호 처리 장치에 무선으로 전력을 송신하기 위한 장치{DEVICE FOR WIRELESSLY TRANSMITTING POWER TO NEURAL SIGNAL PROCESSING DEVICE}DEVICE FOR WIRELESSLY TRANSMITTING POWER TO NEURAL SIGNAL PROCESSING DEVICE}

본 문서의 다양한 실시 예들은 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 장치에 무선으로 전력을 송신하기 위한 장치에 관한 것이다.Various embodiments of this document relate to a device for wirelessly transmitting power to a device embedded around the brain of a laboratory animal and processing neural signals.

운동, 감각, 언어, 학습, 기억 및 호르몬 등의 대사 조절에 관한 대다수의 정보는 뇌로 집중되고, 뇌에 의하여 처리되어 신체의 각 부분으로 전달된다. 뇌는 중추신경계를 통하여 전기적 신호를 신체의 각 부분에 제공하여 신체 기작을 제어한다. 동물의 행동은 뇌에서 제공하는 전기적 신호에 의한 것으로, 뇌에서 제공하는 전기적 신호와 동물의 행동은 밀접한 관계가 있다.The majority of information related to metabolic regulation, such as movement, sensation, language, learning, memory, and hormones, is concentrated in the brain, processed by the brain, and transmitted to each part of the body. The brain controls body mechanisms by providing electrical signals to each part of the body through the central nervous system. Animal behavior is caused by electrical signals provided by the brain, and there is a close relationship between electrical signals provided by the brain and animal behavior.

동물 행동 패턴 분석에 있어서, 뇌전도(EEG, Electroencephalogram), 뇌피질전도(ECoG, Electrocortigram), 지역장전위(local field potential) 등의 전기적 신호를 이용하는 방법들이 사용될 수 있다. 특히, 지역장전위는 탐침을 이용하여 뇌 표면뿐만 아니라 뇌의 심부에서 형성된 전기적 신호를 말하는 것으로, 두개골 일부를 절개하고, 노출된 뇌에 탐침을 침습하여 뇌의 심부에서 측정될 수 있다. 이 때, 동물의 행동 패턴과 뇌에서 측정된 신경 신호를 비교함으로써, 동물의 행동 패턴에 따른 신경 신호의 변화를 알 수 있다.In analyzing animal behavior patterns, methods using electrical signals such as electroencephalogram (EEG), electrocortigram (ECoG), and local field potential can be used. In particular, local field potential refers to an electrical signal formed not only on the surface of the brain but also deep in the brain using a probe. It can be measured deep in the brain by cutting a part of the skull and infiltrating the exposed brain with a probe. At this time, by comparing the animal's behavior pattern with the nerve signal measured in the brain, changes in the nerve signal according to the animal's behavior pattern can be known.

최근에는, 동물의 행동 패턴 분석을 효과적으로 달성하기 위하여, 동물이 움직이는 상태에서도 동물 뇌의 심부에서 형성되는 신경 신호를 꾸준하고 안정적으로 수집하고자 하는 니즈가 나타나고 있다.Recently, in order to effectively analyze animal behavior patterns, there is a need to steadily and stably collect neural signals formed deep in the animal brain even when the animal is moving.

한편, 최근 무선 전력 전송 기술의 효율이 증가함에 따라 무선 전력 전송 기술이 다양한 분야에서 이용되고 있다. 무선 전력 송신은 자기 유도(inductive charging), 자기 공진(magnetic resonance), 그리고 전자기파 방식이 있다. 일례로, 생체 삽입형 신경 신호 처리 장치에 무선 전력 전송 기술이 적용되어, 신체 내 삽입된 신경 신호 처리 장치를 통하여 특정 부위(예: 뇌)의 신경 신호를 수집하고 이를 처리한 신호를 외부 장치로 송신하는 동안, 신경 신호 처리 장치에 필요한 전력을 무선 전력 전송 기술을 이용하여 해결할 수 있다.Meanwhile, as the efficiency of wireless power transmission technology has recently increased, wireless power transmission technology is being used in various fields. Wireless power transmission includes inductive charging, magnetic resonance, and electromagnetic wave methods. For example, wireless power transmission technology is applied to a bio-implantable neural signal processing device, collecting neural signals from a specific area (e.g. the brain) through a neural signal processing device inserted into the body and transmitting the processed signals to an external device. Meanwhile, the power required for neural signal processing devices can be solved using wireless power transmission technology.

(비특허문헌 1) 문헌 명칭: Wright J, etc., A Fully Implantable Wireless Bidirectional Neuromodulation System for Mice. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2021.06.02.446797, pp.1~17, 공개일: 2021.06.02(Non-patent Document 1) Document Name: Wright J, etc., A Fully Implantable Wireless Bidirectional Neuromodulation System for Mice. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2021.06.02.446797, pp.1~17, published date: 2021.06.02 한국공개특허 제10-2021-0055610호(발명의 명칭: 재구성 가능한 모듈형 무선 전력 송신 장치, 공개일: 2021.05.17)Korean Patent Publication No. 10-2021-0055610 (Title of invention: Reconfigurable modular wireless power transmission device, Publication date: 2021.05.17) 한국등록특허 제10-2469310호(발명의 명칭: 무선 전력 송신 장치, 무선으로 전력을 수신하는 전자 장치 및 그 동작 방법, 공개일: 2019.05.31)Korean Patent No. 10-2469310 (Title of invention: Wireless power transmission device, electronic device that receives power wirelessly and method of operation thereof, Publication date: 2019.05.31)

기존에는 동물 뇌 심부의 신경 신호를 수집하는 과정에 있어서, 신경 신호 처리 장치에서 수집된 신경 신호를 유선으로 외부 전자 장치로 전달해야 하기에 신호 수집에 시간적 제약이 존재하고, 신경 신호 수집 과정에서 신경 신호 처리 장치의 각종 하드웨어에 대한 전력 공급도 제한적인 문제점이 있다.Previously, in the process of collecting nerve signals deep in the animal brain, the nerve signals collected from the nerve signal processing device had to be transmitted by wire to an external electronic device, so there were time constraints on signal collection, and the nerve signals collected in the nerve signal processing device had to be transmitted to an external electronic device by wire. There is also a problem of limited power supply to various hardware of the signal processing device.

본 발명의 다양한 실시예는, 수집된 신경 신호를 저전력 블루투스 모듈을 이용하여 노이즈 없이 외부 전자 장치로 송신하고, 무선 전력 수신 모듈을 이용하여 각종 하드웨어에 안정적으로 전력을 공급하는 신경 신호 처리 장치를 제공할 수 있다.Various embodiments of the present invention provide a neural signal processing device that transmits collected neural signals to an external electronic device without noise using a low-power Bluetooth module and stably supplies power to various hardware using a wireless power receiving module. can do.

본 발명의 다양한 실시예는, 전력 입력 안테나 및 리피터 안테나를 이용하여 신경 신호 처리 장치에 높은 효율로 무선 전력을 송신할 수 있는 무선 전력 송신 장치를 제공할 수 있다.Various embodiments of the present invention can provide a wireless power transmission device capable of transmitting wireless power with high efficiency to a neural signal processing device using a power input antenna and a repeater antenna.

다양한 실시예들에 따라서, 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe); 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈; 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈; 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈; 프로세서;를 포함하고, 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서는, 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하고, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하고, 및 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하도록 설정할 수 있다.According to various embodiments, a device that is embedded around the brain of an experimental animal and processes neural signals includes a brain-insertable flexible probe (flexible) that is inserted into the brain and includes 32 electrodes for collecting 32 channels of neural signals. probe); A communication module including a Bluetooth Low Energy (BLE) module; A sensor module including an acceleration sensor; A wireless power reception module including a litz wire coil for wirelessly receiving power from a wireless power transmission device; A processor; and, while receiving power wirelessly through the Ritz wire coil, the processor acquires the 32 channels of nerve signals collected through the flexible probe, and selects a predetermined number of the 32 channels of nerve signals. Four channels of nerve signals can be selected according to a standard, and the four channels of nerve signals can be set to be transmitted to an external electronic device through the low-power Bluetooth module.

다양한 실시예들에 따라서, 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 신경 신호 처리 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 신경 신호 처리 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe), 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈, 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈, 및 프로세서;를 포함하고, 신경 신호 처리 장치의 동작 방법은, 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서를 이용하여: 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하는 동작, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작, 및 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, in a method of operating a neural signal processing device that is embedded around the brain of a laboratory animal and processes neural signals, the neural signal processing device is inserted into the brain to collect 32 channels of neural signals. A brain-implantable flexible probe containing 32 electrodes, a communication module including a Bluetooth Low Energy (BLE) module, a sensor module including an acceleration sensor, and REITs for wirelessly receiving power from a wireless power transmitter. A wireless power reception module including a litz wire coil, and a processor; and a method of operating a neural signal processing device, while receiving power wirelessly through the litz wire coil, using the processor: An operation of acquiring the 32 channels of nerve signals collected through the flexible probe, an operation of selecting 4 channels of nerve signals among the 32 channels of nerve signals according to a predetermined standard, and the 4 channels of nerve signals through the low-power Bluetooth module. It may include an operation of transmitting a neural signal to an external electronic device.

다양한 실시예들에 따라서, 컴퓨터로 독출 가능한 인스트럭션을 저장하는 저장 매체에 있어서, 상기 인스트럭션은 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 신경 신호 처리 장치의 프로세서에 의하여 실행 시에, 상기 신경 신호 처리 장치로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 야기하고, 상기 신경 신호 처리 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe), 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈, 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈, 및 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈을 포함하고, 상기 적어도 하나의 동작은: 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서를 이용하여: 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하는 동작, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작, 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, in a storage medium for storing computer-readable instructions, the instructions are embedded around the brain of an experimental animal and, when executed by a processor of a neural signal processing device that processes neural signals, Causes a neural signal processing device to perform at least one operation, wherein the neural signal processing device includes a brain-implantable flexible probe inserted into the brain and including 32 electrodes for collecting 32 channels of neural signals. ), a communication module including a low-power Bluetooth (BLE) module, a sensor module including an acceleration sensor, and a wireless power receiving module including a litz wire coil for wirelessly receiving power from a wireless power transmitting device. Comprising: the at least one operation: using the processor while receiving power wirelessly through the Ritz wire coil: acquiring the 32 channels of neural signals collected through the flexible probe, 32 It may include an operation of selecting nerve signals of four channels according to a predetermined standard among nerve signals of channels, and an operation of transmitting the nerve signals of four channels to an external electronic device through the low-power Bluetooth module.

다양한 실시예들에 따라서, 무선 전력 송신 장치는, 전력 입력을 위한 제1 안테나; 및 상기 제1 안테나로부터 미리 정해진 제1 거리만큼 상향 이격되어 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나;를 포함하고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는, 실험용 동물을 수용하는 케이지를 둘러싸는 형상을 갖고, 상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물을 지지하기 위한 상기 케이지의 발판으로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 상향 이격된 지점에 위치하고, 상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물의 뇌의 주변에 위치하는 무선 전력 수신 모듈로 전력을 무선으로 송신하되, 상기 무선 전력 수신 모듈은 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함할 수 있다.According to various embodiments, a wireless power transmission apparatus includes: a first antenna for power input; and a second antenna spaced upwardly from the first antenna by a predetermined first distance to amplify the power input, wherein the first antenna and the second antenna surround a cage accommodating an experimental animal. It has a shape, the second antenna is located at a point spaced upward by a predetermined second distance from the footrest of the cage for supporting the experimental animal, and the second antenna is located around the brain of the experimental animal. Power is transmitted wirelessly to a wireless power reception module, where the wireless power reception module may include a litz wire coil.

본 발명의 다양한 실시예에 따라, 신경 신호 처리 장치는 저전력 블루투스 모듈 및 무선 전력 수신 모듈을 채택함으로써, 수집된 신경 신호를 외부 전자 장치로 무선으로 송신하고, 각종 하드웨어에 전력을 안정적으로 공급하므로, 연구원으로 하여금 실험용 동물의 다양한 행동에 관한 신경 신호를 시간적인 제약 없이 수집하여 분석할 수 효과를 제공할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the neural signal processing device adopts a low-power Bluetooth module and a wireless power reception module to wirelessly transmit the collected neural signals to an external electronic device and stably supply power to various hardware, It allows researchers to collect and analyze neural signals related to various behaviors of laboratory animals without time constraints.

본 발명의 다양한 실시예에 따라, 무선 전력 송신 장치는 전력 입력을 위한 제1 안테나 및 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나를 적절한 거리 간격을 갖도록 구현함으로써, 신경 신호 처리 장치에 높은 효율로 무선 전력을 송신할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, a wireless power transmission device implements a first antenna for power input and a second antenna for amplifying the power input to have an appropriate distance interval, thereby enabling wireless power transmission with high efficiency in a neural signal processing device. It can provide the effect of transmitting power.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신을 이용한 신경 신호 처리 시스템을 도시한다.
도 2a는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치의 구조를 도시한다.
도 2b는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치의 실물 사진 및 실험용 동물의 뇌 주변에 매립된 상태의 사진을 도시한다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치가 동작하는 실시예를 도시한다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 신경 신호 처리 장치가 외부 전자 장치로 송신하는 4채널 신경 신호 및 32채널 신경 신호의 포맷을 나타낸다.
도 5a는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치의 노이즈 제거 성능에 대하여 정적 평가를 수행한 결과를 나타낸다.
도 5b는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치의 노이즈 제거 성능에 대하여 동적 평가를 수행한 결과를 나타낸다.
도 5c는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치가 실험용 동물의 특정 동작의 전후로 수집한 신경 신호를 나타낸다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 도시한다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치의 제1 안테나와 제2 안테나의 등가 회로를 도시한다.
도 8은 다양한 실시예들에 따른 제1 안테나 및 제2 안테나 사이의 결합 계수(k)의 변화에 따라 제2 안테나에서 발생하는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른 solid coil과 litz coil의 차이점, Single-Tx 구조와 Repeater-Tx 차이점을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치의 컨셉도를 나타낸다.
도 11은 다양한 실시예들에 따른 뇌 속에 삽입된 생분해성 신경 전극 바늘의 모습을 도시한다.
도 12은 다양한 실시예들에 따른 설탕이 코팅된 뇌 삽입형 유연 프로브의 모습을 도시한 것이다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른 코팅에 따른 전극의 임피던스 변화를 측정하기 위한 회로도를 도시한 것이다.
도 14은 다양한 실시예들에 따른 생분해 과정에 따른 신경 전극의 임피던스 변화 그래프를 도시한다.
도 15은 다양한 실시예들에 따른 뇌조직 삽입 시간에 따른 생분해성 신경 전극 바늘의 물리적 변화 및 임피던스 변화 그래프를 도시한다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
1 illustrates a neural signal processing system using wireless power transmission and reception according to various embodiments.
FIG. 2A shows the structure of a neural signal processing device according to various embodiments.
FIG. 2B shows an actual photograph of a neural signal processing device according to various embodiments and a photograph of the neural signal processing device embedded around the brain of a laboratory animal.
FIG. 3 illustrates an example in which a neural signal processing device operates according to various embodiments.
FIG. 4 illustrates the formats of a 4-channel neural signal and a 32-channel neural signal transmitted by a neural signal processing device to an external electronic device, according to various embodiments.
FIG. 5A shows the results of static evaluation of the noise removal performance of neural signal processing devices according to various embodiments.
Figure 5b shows the results of dynamic evaluation of the noise removal performance of neural signal processing devices according to various embodiments.
FIG. 5C shows neural signals collected by a neural signal processing device before and after a specific movement of a laboratory animal according to various embodiments.
Figure 6 shows the structure of a wireless power transmission device according to various embodiments.
FIG. 7 shows equivalent circuits of a first antenna and a second antenna of a wireless power transmission device according to various embodiments.
FIG. 8 is a graph showing a change in current generated in the second antenna according to a change in the coupling coefficient (k) between the first and second antennas according to various embodiments.
Figure 9 is a diagram to explain the difference between a solid coil and a litz coil and the difference between a Single-Tx structure and a Repeater-Tx structure according to various embodiments.
Figure 10 shows a concept diagram of a wireless power transmission device according to various embodiments.
Figure 11 shows a biodegradable nerve electrode needle inserted into the brain according to various embodiments.
Figure 12 shows a sugar-coated brain implantable flexible probe according to various embodiments.
Figure 13 shows a circuit diagram for measuring the change in impedance of an electrode according to coating according to various embodiments.
Figure 14 shows a graph of impedance change of a nerve electrode according to the biodegradation process according to various embodiments.
Figure 15 shows a graph of physical changes and impedance changes of a biodegradable nerve electrode needle according to brain tissue insertion time according to various embodiments.
In relation to the description of the drawings, identical or similar reference numerals may be used for identical or similar components.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art. Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. When describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged or reduced from the actual size to ensure clarity of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the existence or possibility of addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신을 이용한 신경 신호 처리 시스템(100)을 도시한다.FIG. 1 illustrates a neural signal processing system 100 using wireless power transmission and reception according to various embodiments.

다양한 실시예들에 따르면, 신경 신호 처리 시스템(100)은 신경 신호 처리 장치(101) 및 무선 전력 송신 장치(201)를 포함할 수 있다. 신경 신호 처리 시스템(100)은 신경 신호 처리 장치(101)를 이용하여 실험용 동물의 뇌에서 발생하는 신경 신호(neural signal)를 수집하는 동작, 수집된 신경 신호를 외부 전자 장치(예: 컴퓨팅 장치)로 송신하여 실험용 동물의 행동을 분석하는 동작, 분석된 결과를 반영한 새로운 실험 데이터를 수집하기 위한 명령을 신경 신호 처리 장치(101)로 송신하는 동작을 순차적으로 수행할 수 있다. 특히, 신경 신호 처리 장치(101)는 실험용 동물의 뇌에 삽입 가능한 유연 프로브(flexible probe)를 포함할 수 있고, 유연 프로브에 구현된 복수의 전극들을 이용하여 뇌에서 발생하는 신경 신호를 수집할 수 있다. 이 때, 신경 신호 처리 장치(101)는 배터리가 탑재되지 않은 구조(battery-free)로 구현될 수 있고, 신경 신호 처리 장치(101)의 동작에 필요한 전력은, 무선 전력 송신 장치(201)로부터 송신되는 무선 전력을 이용할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(201)는 전력 입력을 위한 제1 안테나(211) 및 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나(212)(예: 리피터(repeater) 안테나)를 포함할 수 있다. 신경 신호 처리 장치(101)의 구조에 관한 구체적인 설명은 도 2a를 참조하여 후술하도록 하고, 무선 전력 송신 장치(201)의 구조에 관한 구체적인 설명은 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.According to various embodiments, the neural signal processing system 100 may include a neural signal processing device 101 and a wireless power transmission device 201. The neural signal processing system 100 collects neural signals generated in the brain of an experimental animal using the neural signal processing device 101, and transmits the collected neural signals to an external electronic device (e.g., computing device). An operation of analyzing the behavior of an experimental animal by transmitting a command to the neural signal processing device 101 may be sequentially performed. In particular, the neural signal processing device 101 may include a flexible probe that can be inserted into the brain of an experimental animal, and may collect neural signals occurring in the brain using a plurality of electrodes implemented in the flexible probe. there is. At this time, the neural signal processing device 101 may be implemented as a battery-free structure, and the power required for operation of the neural signal processing device 101 is supplied from the wireless power transmission device 201. Transmitted wireless power can be used. The wireless power transmission device 201 may include a first antenna 211 for power input and a second antenna 212 (eg, a repeater antenna) for amplifying the power input. A detailed description of the structure of the neural signal processing device 101 will be described later with reference to FIG. 2A, and a detailed description of the structure of the wireless power transmission device 201 will be described later with reference to FIG. 6.

도 2a는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(101)의 구조를 도시한다.FIG. 2A shows the structure of a neural signal processing device 101 according to various embodiments.

도 2b는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(101)의 실물 사진 및 실험용 동물의 뇌 주변에 매립된 상태의 사진을 도시한다.FIG. 2B shows an actual photograph of the neural signal processing device 101 according to various embodiments and a photograph of the neural signal processing device 101 embedded around the brain of an experimental animal.

다양한 실시예들에 따른, 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 신경 신호 처리 장치(101)는, 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe), 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈, 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈, 및 상기 모듈들에 작동적으로 연결된 프로세서를 포함할 수 있다. According to various embodiments, the neural signal processing device 101, which is embedded around the brain of an experimental animal and processes neural signals, is inserted into the brain and includes 32 electrodes for collecting 32 channels of neural signals. An insertable flexible probe, a communication module including a Bluetooth Low Energy (BLE) module, a sensor module including an acceleration sensor, and a litz wire coil for wirelessly receiving power from a wireless power transmitter. It may include a wireless power reception module, and a processor operatively connected to the modules.

일 실시예에 따라 도 2a를 참조하면, 신경 신호 처리 장치(101)는, 제품 구현 시 하기의 구성요소들의 적층 구조로 구현될 수 있고, 이하에서는 각 구성요소들에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 한편, 도 2b를 참조하면, 신경 신호 처리 장치(101)는 실험용 동물의 뇌에 매립되기에 적합한 구조를 채택할 수 있다.According to one embodiment, referring to FIG. 2A, the neural signal processing device 101 may be implemented in a stacked structure of the following components when implementing the product, and each component will be described in detail below. Meanwhile, referring to FIG. 2B, the neural signal processing device 101 may adopt a structure suitable for being embedded in the brain of an experimental animal.

제1 Parylene-PDMS(111) : 생체 매립 환경에서 체액의 흡수와 생화학적 반응을 막으며 soft한 물성을 갖도록 하는 생체적합성 재료의 encapsulation 레이어1st Parylene-PDMS (111): Encapsulation layer of biocompatible material that prevents absorption of body fluids and biochemical reactions in a bioembedded environment and has soft physical properties

Full-wave rectifier(112) : 무선전력을 수신해 AC 전압을 DC 전압으로 바꾸어주는 회로Full-wave rectifier (112): A circuit that receives wireless power and changes AC voltage to DC voltage.

Indicator LED(113) : 디바이스의 상태를 표시하는 Red, Green LEDIndicator LED (113): Red, Green LED that displays the status of the device

Super capacitor(114) : 디바이스의 높이가 멀어지거나 각도가 틀어지는 경우에 디바이스가 여전히 동작할 수 있도록 전압을 유지시켜주는 역할을 하는 정전용량이 큰 슈퍼 캐패시터Super capacitor (114): A super capacitor with a large capacitance that maintains voltage so that the device can still operate when the height of the device is distant or the angle is wrong.

Circuit traces(115) : 회로를 구성하는 PCB 상의 구리 도선Circuit traces(115): Copper conductors on the PCB that make up the circuit

Polyimide substrate(116) : 회로의 도선과 다른 레이어 부분과의 전기적 절연을 위한 레이어Polyimide substrate (116): A layer for electrical insulation between the conductors of the circuit and other layers.

Litz wire coil(117) : 무선전력 효율을 높이고 기계적인 물성이 연하도록 하는 Litz wire로 구성된 무선전력 수신 코일Litz wire coil (117): A wireless power receiving coil made of Litz wire that increases wireless power efficiency and softens mechanical properties.

Flexible ferrite(118) : 자기장의 길을 유도해 코일 내부로 통과하는 magnetic flux의 양이 많아지도록 도와 무선전력 수신 효율을 높이기 위한 연자성 재료 레이어Flexible ferrite (118): A soft magnetic material layer to increase the efficiency of wireless power reception by guiding the magnetic field and increasing the amount of magnetic flux passing inside the coil.

Copper magnetic shield(119) : 강한 자기장으로 인한 회로의 EMI 노이즈를 막기 위해 구리로 구성된 얇은 자기장 보호 레이어Copper magnetic shield (119): A thin magnetic field protection layer made of copper to prevent EMI noise in the circuit caused by strong magnetic fields.

Electrical ground plane(120) : 입력단 및 회로에서 유래된 노이즈를 효과적으로 제거하기 위해 구리로 구성된 넓은 전기적 그라운드 레이어Electrical ground plane (120): A wide electrical ground layer made of copper to effectively remove noise originating from the input terminal and circuit.

Polyimide substrate(121) : 회로의 도선과 다른 레이어 부분과의 전기적 절연을 위한 레이어Polyimide substrate (121): A layer for electrical insulation between the conductors of the circuit and other layers.

Circuit traces(122) : 회로를 구성한 전기적 도선 및 블루투스 RF 신호의 효울적인 방사를 위한 레이어Circuit traces(122): Layer for efficient radiation of electrical conductors and Bluetooth RF signals that make up the circuit

BLE microcontroller unit(123) : 블루투스 저전력 마이크로 컨트롤러BLE microcontroller unit(123): Bluetooth low-power microcontroller

3-axis accelerometer(124) : 3축 가속도계 IC3-axis accelerometer(124): 3-axis accelerometer IC

Neural signal amplifier(125) : 뇌신경 신호를 증폭하기 위한 ICNeural signal amplifier (125): IC for amplifying cranial nerve signals

RFI filter components(126) : 입력단으로부터 유입되는 RF 노이즈를 제거하기 위해 R과 C로 이루어진 필터 소자들RFI filter components (126): Filter elements made up of R and C to remove RF noise flowing from the input terminal.

제2 Parylene-PDMS(127) : 생체 매립 환경에서 체액의 흡수와 생화학적 반응을 막으며 soft한 물성을 갖도록 하는 생체적합성 재료의 encapsulation 레이어2nd Parylene-PDMS (127): Encapsulation layer of biocompatible material that prevents absorption of body fluids and biochemical reactions in a bioembedded environment and has soft physical properties

뇌 삽입형 유연 프로브(130) : 실험용 동물의 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 장치Brain implantable flexible probe (130): A device inserted into the brain of an experimental animal to collect 32 channels of neural signals

일 실시예에 따라, 도 2a를 참조하면, 유연 프로브(130)는 아래의 구성요소들을 포함할 수 있다.According to one embodiment, referring to FIG. 2A, the flexible probe 130 may include the following components.

3D porous electrode(131) : 신경 전극의 전기화학적 임피던스를 낮추기 위한 3차원 다공성 전극3D porous electrode (131): 3D porous electrode to lower the electrochemical impedance of nerve electrodes

32Ch electrode(132) : 뇌 영역의 다양한 부분에서의 신호를 측정하기 위한 32채널로 구성된 전극들32Ch electrode(132): Electrodes consisting of 32 channels to measure signals from various parts of the brain area

Encapsulant(133) : 전극과 도선 및 생체조직과의 전기적 절연을 위한 레이어Encapsulant (133): A layer for electrical insulation between electrodes, conductors, and biological tissues.

Biodegradable needle(134) : 유연하고 긴 신경전극 프로브를 뇌 깊숙한 타겟 영역에 위치시키기 위해 일시적으로 딱딱하게 유지시켜주며 생체 내에서 녹아 사라지는 물질로 구성된 녹는 바늘Biodegradable needle (134): A soluble needle made of a material that temporarily maintains hardness in order to place a flexible, long nerve electrode probe in a target area deep in the brain and melts and disappears in the body.

일 실시예에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)에 포함된 프로세서는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램)를 실행하여 프로세서에 연결된 신경 신호 처리 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서는 다른 구성요소(예: 센서 모듈 또는 통신 모듈)로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 저장하고, 휘발성 메모리에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 메인 프로세서(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(예: 센서 허브 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신경 신호 처리 장치가 메인 프로세서 및 보조 프로세서를 포함하는 경우, 보조 프로세서는 메인 프로세서보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서는 메인 프로세서와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, BLE microcontroller unit(123)는 신경 신호 처리 장치(101)의 프로세서의 일 예로 구현될 수 있다.According to one embodiment, the processor included in the neural signal processing device 101, for example, executes software (e.g., a program) to execute at least one other component of the neural signal processing device 101 connected to the processor ( e.g. hardware or software components) and can perform various data processing or computations. According to one embodiment, as at least part of data processing or computation, the processor stores instructions or data received from another component (e.g., a sensor module or communication module) in a volatile memory, and stores the instructions or data stored in the volatile memory. It can be processed and the resulting data can be stored in non-volatile memory. According to one embodiment, the processor may include a main processor (eg, a central processing unit or an application processor) or an auxiliary processor (eg, a sensor hub processor or a communication processor) that can operate independently or together with the main processor. For example, when a neural signal processing device includes a main processor and a co-processor, the co-processor may be set to use less power than the main processor or to specialize in a designated function. The auxiliary processor may be implemented separately from the main processor or as part of it. According to one embodiment, the BLE microcontroller unit 123 may be implemented as an example of a processor of the neural signal processing device 101.

일 실시예에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)에 포함된 센서 모듈은 신경 신호 처리 장치(101)의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 모듈은, 예를 들면, 가속도 센서, 자이로 센서, 생체 센서, 또는 온도 센서를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the sensor module included in the neural signal processing device 101 detects the operating state of the neural signal processing device 101 or the external environmental state, and electrical signals or data values corresponding to the detected state. can be created. According to one embodiment, the sensor module may include, for example, an acceleration sensor, a gyro sensor, a biometric sensor, or a temperature sensor.

일 실시예에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)에 포함된 통신 모듈은 신경 신호 처리 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 컴퓨팅 장치 또는 외부 서버) 간의 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 저전력 블루투스 모듈은 신경 신호 처리 장치(101)의 통신 모듈의 일 예로 구현될 수 있다.According to one embodiment, the communication module included in the neural signal processing device 101 is configured to establish a communication channel between the neural signal processing device 101 and an external electronic device (e.g., a computing device or an external server), and the established communication channel. It can support communication through . According to one embodiment, the low-power Bluetooth module may be implemented as an example of a communication module of the neural signal processing device 101.

일 실시예에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)에 포함된 무선 전력 수신 모듈은 리츠 와이어 코일(117), 정류 회로, 및 컨버터를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치의 전력 소스에서 생성된 전력은 무선 전력 송신 장치의 공진 코일을 통하여 리츠 와이어 코일(117)로 전달되고, 자기 공진 현상에 의해 공진 코일과 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선 전력 수신 모듈로 전달된다. 무선 전력 수신 모듈로 전달된 전력은 정류 회로 및 컨버터를 거쳐 신경 신호 처리 장치(101)의 각종 하드웨어로 전달된다. 정류 회로는 교류 전력을 직류 전력으로 정류할 수 있고, 컨버터는 직류 전력을 요구되는 전압으로 컨버팅하여 각종 하드웨어로 제공할 수 있다. 자기 공진에 의한 전력 전송은 임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로간에 전력이 전송되는 현상으로써, 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 먼 거리까지 높은 효율로 전력을 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 리츠 와이어 코일(117)은 고주파 권선들에서 AC 손실들을 감소시키는 주요 이점이 있는 균일한 패턴으로 트위스트(twist)되거나 또는 편조(braid)된 개별 절연 와이어들로 구성될 수 있다. 리츠 와이어 코일(117)을 사용하는 이유는 표피 효과(Skin Effect)에 의하여 시변하는 전류는 전선의 표면 쪽으로만 흐르는 성질이 있어 전선의 가운데 부분에서는 전류가 거의 흐리지 않기 때문에 표면적을 넓게 만들기 위한 것이다. 와이어의 표피 효과를 방지하는 동시에 표면적을 넓힐 수 있으므로, 코일의 저항 성분을 증가하는 것을 방지할 수 있다.According to one embodiment, the wireless power reception module included in the neural signal processing device 101 may include a Litz wire coil 117, a rectifier circuit, and a converter. The power generated from the power source of the wireless power transmission device is transmitted to the Litz wire coil 117 through the resonance coil of the wireless power transmission device, and resonates with the resonance coil by a self-resonance phenomenon, that is, the wireless power having the same resonance frequency value It is transmitted to the power receiving module. The power delivered to the wireless power receiving module is transferred to various hardware of the neural signal processing device 101 through a rectifier circuit and converter. The rectifier circuit can rectify alternating current power into direct current power, and the converter can convert direct current power into a required voltage and provide it to various hardware. Power transmission by magnetic resonance is a phenomenon in which power is transmitted between two LC circuits with matched impedances, and can transmit power over a longer distance with higher efficiency than power transmission by electromagnetic induction. According to one embodiment, the Litz wire coil 117 may be composed of individual insulated wires twisted or braided in a uniform pattern, which has the primary advantage of reducing AC losses in high frequency windings. . The reason for using the Litz wire coil 117 is to increase the surface area because the time-varying current due to the skin effect has the property of flowing only toward the surface of the wire, so the current hardly flows in the center of the wire. Since the surface area can be expanded while preventing the skin effect of the wire, the resistance component of the coil can be prevented from increasing.

도 3은 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(예: 도 1의 신경 신호 처리 장치(101))가 동작하는 실시예를 도시한다.FIG. 3 illustrates an example in which a neural signal processing device (eg, the neural signal processing device 101 of FIG. 1 ) operates according to various embodiments.

다양한 실시예들에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)는 실험용 동물의 뇌에 삽입된 유연 프로브(예: 도 2의 유연 프로브(130))의 32개 전극들을 통하여 32채널의 신경 신호를 수집할 수 있다. 신경 신호 처리 장치(101)는 uV 단위의 작은 전압 신호를 Neural signal amplifier(125)를 통하여 증폭시킬 수 있고, RFI filter components(126)를 통하여 RF 노이즈를 제거할 수 있고, ADC(Analog-to-digital Converter)를 통하여 디지털 신호를 변환할 수 있다. 신경 신호 처리 장치(101)는 디지털 신호로 변환된 데이터를 프로세서(예: BLE MCU)에 전달할 수 있다.According to various embodiments, the neural signal processing device 101 collects 32 channels of neural signals through 32 electrodes of a flexible probe (e.g., flexible probe 130 in FIG. 2) inserted into the brain of an experimental animal. You can. The neural signal processing device 101 can amplify a small voltage signal in uV units through the neural signal amplifier 125, remove RF noise through RFI filter components 126, and perform analog-to-digital converter (ADC). Digital signals can be converted through a digital converter. The neural signal processing device 101 may transmit data converted into a digital signal to a processor (eg, BLE MCU).

일 실시예에 따라, 도 3을 참조하면, 신경 신호 처리 장치(101)의 프로세서는 32채널의 신경 신호를 외부 전자 장치(예: 퍼스널 컴퓨터 또는 스마트폰)에 저전력 블루투스 모듈을 통하여 송신할 수 있다.According to one embodiment, referring to FIG. 3, the processor of the neural signal processing device 101 may transmit 32 channels of neural signals to an external electronic device (e.g., a personal computer or smartphone) through a low-energy Bluetooth module. .

일 실시예에 따라, 도 3을 참조하면, 신경 신호 처리 장치(101)의 프로세서는, 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 외부 전자 장치에서 발생한 사용자 명령으로부터 특정 4개 채널을 선택하는 요청을 확인할 수 있고, 상기 요청에 기반하여 4채널의 신경 신호를 선택할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 32채널의 신경 신호에 대하여 특정 시간 동안 spike의 개수를 확인할 수 있고, 특정 시간 동안 spike의 개수가 많은 순서(즉, 활성화 영역이 많은 순서)로 4채널의 신경 신호를 선택할 수 있다. 이 때, 4채널의 신경 신호는 raw signal 형태일 수 있다. 상기 4채널의 신경 신호를 수신한 외부 전자 장치는, 신경 신호의 활성 정도를 판별하는 spike sorting과 같은 기법을 사용해 신호 분석을 진행할 수 있다.According to one embodiment, referring to FIG. 3, the processor of the neural signal processing device 101 may select 4-channel neural signals from 32-channel neural signals according to a predetermined standard. According to one embodiment, the processor may check a request to select four specific channels from a user command generated from an external electronic device and select neural signals of four channels based on the request. According to one embodiment, the processor can check the number of spikes during a specific time for the 32-channel neural signal, and divides the 4-channel signals in the order of the number of spikes (i.e., the order of the most active areas) during a specific time. Neural signals can be selected. At this time, the 4-channel neural signal may be in the form of a raw signal. An external electronic device that receives the four-channel nerve signal can analyze the signal using a technique such as spike sorting, which determines the level of activity of the nerve signal.

상술한 동작을 수행하는 과정 동안, 신경 신호 처리 장치(101)는 무선 전력 송신 장치(예: 도 1의 무선 전력 송신 장치(201))로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있고, 상기 수신된 전력을 신경 신호 처리 장치(101) 내의 각종 하드웨어에 공급할 수 있다. 구체적으로, 무선 전력 수신 과정에 있어서, 리피터 안테나 시스템으로부터 전송된 무선 전력은 무선 전력 수신 모듈의 리츠 와이어 코일(117)을 통하여 수신될 수 있고, 신경 신호 처리 장치(101) 내의 정류기(rectifier) 및 레귤레이터(regulator)를 거쳐 신경 신호 처리 장치(101)에 3.3V의 안정적인 DC 전압을 공급할 수 있다.During the process of performing the above-described operation, the neural signal processing device 101 may wirelessly receive power from a wireless power transmission device (e.g., the wireless power transmission device 201 of FIG. 1), and use the received power as It can be supplied to various hardware within the neural signal processing device 101. Specifically, in the wireless power reception process, wireless power transmitted from the repeater antenna system may be received through the Litz wire coil 117 of the wireless power reception module, a rectifier in the neural signal processing device 101, and A stable DC voltage of 3.3V can be supplied to the neural signal processing device 101 through a regulator.

도 4는 다양한 실시예들에 따른, 신경 신호 처리 장치(예: 도 1의 신경 신호 처리 장치(101))가 외부 전자 장치로 송신하는 4채널 신경 신호 및 32채널 신경 신호의 포맷을 나타낸다.FIG. 4 illustrates the formats of a 4-channel neural signal and a 32-channel neural signal transmitted by a neural signal processing device (e.g., the neural signal processing device 101 of FIG. 1) to an external electronic device, according to various embodiments.

다양한 실시예들에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)의 프로세서는, 저전력 블루투스 모듈을 통하여 4채널 신경 신호 또는 32채널 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 각 채널의 신경 신호에 대하여 1사이클 당 2바이트의 크기를 할당할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 프로세서는, 첫 번째 채널 내지 네 번째 채널에 각각 high byte(1byte) 및 low byte(1byte)를 할당할 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 4를 참조하면, 상기 프로세서는, 가속도 센서를 통하여 획득한 가속도 센서 데이터(ACC X, Y, Z-axis) 및 무선 전력 수신 모듈을 통하여 수신된 전력의 전압값(power level)에 4바이트의 크기를 할당할 수 있다. According to various embodiments, the processor of the neural signal processing device 101 may transmit a 4-channel neural signal or a 32-channel neural signal to an external electronic device through a low-power Bluetooth module. According to one embodiment, the processor may allocate a size of 2 bytes per cycle to the neural signal of each channel. For example, referring to FIG. 4, the processor may allocate a high byte (1 byte) and a low byte (1 byte) to the first to fourth channels, respectively. According to one embodiment, referring to FIG. 4, the processor calculates acceleration sensor data (ACC A size of 4 bytes can be allocated to the level).

일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신할 때, 30사이클의 신경 신호, 가속도 센서 데이터, 및 전압값을 포함시켜 244바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 프로세서는, 한 사이클당 8바이트의 크기를 갖는 4채널의 신경 신호에 대하여 30사이클의 데이터와 4바이트의 크기를 갖는 가속도 센서 데이터 및 전압값의 데이터를 244바이트의 크기를 갖는 하나의 패킷으로 생성하여, 이를 외부 전자 장치로 송신할 수 있다.According to one embodiment, when transmitting a 4-channel neural signal to an external electronic device, the processor transmits one packet with a size of 244 bytes including 30 cycles of the neural signal, acceleration sensor data, and voltage value. can do. For example, referring to FIG. 4, the processor generates 30 cycles of data for 4-channel neural signals with a size of 8 bytes per cycle, acceleration sensor data and voltage value data with a size of 4 bytes. It can be created as one packet with a size of 244 bytes and transmitted to an external electronic device.

일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 32채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신할 때, 3사이클의 신경 신호, 가속도 센서 데이터, 및 전압값을 포함시켜 196바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 프로세서는, 한 사이클당 64바이트의 크기를 갖는 32채널의 신경 신호에 대하여 3사이클의 데이터와 4바이트의 크기를 갖는 가속도 센서 데이터 및 전압값의 데이터를 196바이트의 크기를 갖는 하나의 패킷으로 생성하여, 이를 외부 전자 장치로 송신할 수 있다.According to one embodiment, when transmitting a 32-channel neural signal to an external electronic device, the processor transmits one packet with a size of 196 bytes including 3 cycles of the neural signal, acceleration sensor data, and voltage value. can do. For example, referring to FIG. 4, the processor generates 3 cycles of data, 4 bytes of acceleration sensor data, and voltage value data for 32-channel neural signals with a size of 64 bytes per cycle. It can be created as one packet with a size of 196 bytes and transmitted to an external electronic device.

일 실시예에 따르면, 4채널의 신경 신호는 AP(Action Potential)로만 구성되거나 AP 및 LFP(Local Field Potential)로 구성된 raw signal일 수 있고, 32채널의 신경 신호는 LFP로만 구성된 raw signal일 수 있다. According to one embodiment, the 4-channel neural signal may be a raw signal composed only of AP (Action Potential) or AP and LFP (Local Field Potential), and the 32-channel neural signal may be a raw signal composed only of LFP. .

도 5a는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(예: 도 1의 신경 신호 처리 장치(101))의 노이즈 제거 성능에 대하여 정적 평가를 수행한 결과를 나타낸다.FIG. 5A shows the results of static evaluation of the noise removal performance of a neural signal processing device (e.g., the neural signal processing device 101 of FIG. 1) according to various embodiments.

도 5b는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(101)의 노이즈 제거 성능에 대하여 동적 평가를 수행한 결과를 나타낸다.FIG. 5B shows the results of dynamic evaluation of the noise removal performance of the neural signal processing device 101 according to various embodiments.

도 5c는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(101)가 실험용 동물의 특정 동작의 전후로 수집한 신경 신호를 나타낸다.FIG. 5C shows neural signals collected by the neural signal processing device 101 before and after a specific movement of an experimental animal according to various embodiments.

도 5a 및 도 5b는 모두 동물 실험 전에 FB128이라는 장비로 뇌 신경 신호를 모사한 신호를 신경 신호 처리 장치(101)에 입력시켜 다양한 상황에서 무선 전력 전송 시 신호 처리 장치(101)의 안정적인 동작 및 신호의 노이즈 정도를 판별하기 위해 시행된 실험 결과를 나타낸다.5A and 5B show stable operation and signals of the signal processing device 101 when wireless power is transmitted in various situations by inputting signals simulating brain nerve signals using equipment called FB128 to the neural signal processing device 101 before animal experiments. It shows the results of an experiment conducted to determine the level of noise.

도 5a를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(예: 도 1의 무선 전력 전송 장치(201))의 무선 전력 전송 하에서, 리피터 안테나(212)를 기준으로 하여 높이에 따른 신경 신호 처리 장치(101)의 신호 측정 및 블루투스 통신이 잘 동작하지는 확인하기 위한 실험의 구성과 신호 결과를 알 수 있다. -20cm ~ +40cm 범위안에서 각 높이에 신경 신호 처리 장치(101)를 고정해둔 상태에서 신경 신호 처리 장치(101)가 무선 전력을 충분히 수신하고 노이즈의 영향이 없이 신호를 잘 측정하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5A, under wireless power transmission by a wireless power transmission device (e.g., the wireless power transmission device 201 of FIG. 1), the height of the neural signal processing device 101 is measured based on the repeater antenna 212. You can see the configuration and signal results of the experiment to check whether signal measurement and Bluetooth communication are working well. With the neural signal processing device 101 fixed at each height within the range of -20cm to +40cm, it can be confirmed that the neural signal processing device 101 receives sufficient wireless power and measures the signal well without the influence of noise. .

도 5b를 참조하면, 도 5a에서의 상황과 같은 실험이지만, 실제 실험용 동물이 움직이는 상황을 가정해 -20cm ~ +40cm 범위 안에서 느린 속도 및 빠른 속도로 신경 신호 처리 장치(101)를 움직이면서 신호를 측정한 결과를 나타낸다. 신경 신호 처리 장치(101)가 움직이는 상황에서도 움직임과 속도에 따른 노이즈가 발생하지 않고 안정적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5B, the experiment is the same as the situation in FIG. 5A, but the signal is measured while moving the neural signal processing device 101 at slow and fast speeds within the range of -20 cm to +40 cm, assuming that the actual experimental animal is moving. Shows one result. It can be confirmed that the neural signal processing device 101 operates stably without generating noise depending on movement and speed even in moving situations.

도 5c를 참조하면, 무선 전력 전송 하에서 본 발명에 따른 신경 신호 처리 장치(101)가 전력 공급을 적절히 수행하고, 신경 신호 데이터를 외부 전자 장치로 안정적으로 송신하고 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 실험용 동물이 음식을 먹기 전후에 대하여 안정적으로 신경 신호를 수집하고, 외부 전자 장치에서 해당 데이터를 수신하여 신경 신호의 활성 정도를 판별하는 spike sorting과 같은 기법을 사용해 신호 분석을 진행할 수 있다.Referring to FIG. 5C, it can be seen that the neural signal processing device 101 according to the present invention properly supplies power and stably transmits neural signal data to an external electronic device under wireless power transmission. Specifically, signal analysis can be performed using techniques such as spike sorting, which stably collects nerve signals before and after a laboratory animal eats food, receives the data from an external electronic device, and determines the level of activity of the nerve signals. .

도 6은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(예: 도 1의 무선 전력 송신 장치(201))의 구조를 도시한다.FIG. 6 illustrates the structure of a wireless power transmission device (eg, the wireless power transmission device 201 of FIG. 1) according to various embodiments.

다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(201)는, 전력 입력을 위한 제1 안테나(211) 및 상기 제1 안테나로부터 미리 정해진 제1 거리만큼 상향 이격되어 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나(212)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 제2 안테나(212)는 제1 안테나(211)와의 관계에서 높은 전류값을 발생시키기 위하여 제1 안테나(211)로부터 미리 정해진 제1 거리(d1)만큼 상향 이격되어 무선 전력 송신 장치(201)에 설치될 수 있다. 상기 제1 안테나(211) 및 상기 제2 안테나(212)는, 실험용 동물을 수용하는 케이지(213)를 둘러싸는 형상을 갖고, 상기 제2 안테나(212)는, 상기 실험용 동물에 접촉되어 상기 실험용 동물을 지지하기 위한 상기 케이지(213)의 발판으로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 상향 이격된 지점에 위치하고, 상기 제2 안테나(212)는, 상기 실험용 동물의 뇌의 주변에 위치하는 무선 전력 수신 모듈로 전력을 무선으로 송신하되, 상기 무선 전력 수신 모듈은 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 안테나(212)는, 케이지(213)의 중앙 지점으로부터 미리 정해진 제3 거리 이내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 제2 안테나(212)는 신경 신호 처리 장치(101)와의 관계에서 실험용 동물의 머리에 매립된 신경 신호 처리 장치(101)로 높은 무선 전력을 송신하기 위하여, 케이지(213)의 중앙 지점으로부터 미리 정해진 제3 거리 이내의 범위에서 케이지(213)의 중앙 지점으로부터 특정 거리(d2)만큼 이격된 지점에 위치할 수 있다. According to various embodiments, the wireless power transmission device 201 includes a first antenna 211 for power input and a second antenna 211 spaced upward by a predetermined first distance from the first antenna to amplify the power input. It may include an antenna 212. For example, referring to FIG. 6, the second antenna 212 moves upward by a predetermined first distance d1 from the first antenna 211 in order to generate a high current value in relation to the first antenna 211. It may be spaced apart and installed in the wireless power transmission device 201. The first antenna 211 and the second antenna 212 have a shape surrounding a cage 213 for accommodating the experimental animal, and the second antenna 212 is in contact with the experimental animal to use the experimental animal. It is located at a point spaced upward by a predetermined second distance from the footrest of the cage 213 for supporting the animal, and the second antenna 212 is a wireless power reception module located around the brain of the experimental animal. Power is transmitted wirelessly, and the wireless power reception module may include a litz wire coil. According to one embodiment, the second antenna 212 may be located within a third predetermined distance from the central point of the cage 213. For example, referring to FIG. 6, the second antenna 212 is used to transmit high wireless power to the neural signal processing device 101 embedded in the head of an experimental animal in relation to the neural signal processing device 101. It may be located at a point spaced apart by a specific distance d2 from the center point of the cage 213 within a predetermined third distance from the center point of the cage 213.

도 7은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(예: 도 1의 무선 전력 송신 장치(201))의 제1 안테나(예: 도 1의 제1 안테나(211))와 제2 안테나(예: 도 1의 제1 안테나(212))의 등가 회로를 도시한다.FIG. 7 shows a first antenna (e.g., the first antenna 211 of FIG. 1) and a second antenna (e.g., the wireless power transmission device 201 of FIG. 1) according to various embodiments. : shows the equivalent circuit of the first antenna 212 in FIG. 1.

도 8은 다양한 실시예들에 따른 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 결합 계수(k)의 변화에 따라 제2 안테나(212)에서 발생하는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing a change in current generated in the second antenna 212 according to a change in the coupling coefficient (k) between the first antenna 211 and the second antenna 212 according to various embodiments.

도 7의 등가 회로에서 도출 가능한 파라미터들은 아래와 같을 수 있다. 이 때, Tx 안테나는 제1 안테나(211)를 나타내고, repeater 안테나는 제2 안테나(212)를 의미한다.Parameters that can be derived from the equivalent circuit of FIG. 7 may be as follows. At this time, the Tx antenna refers to the first antenna 211, and the repeater antenna refers to the second antenna 212.

= Tx 안테나에 흐르는 전류 = Current flowing in Tx antenna

= Repeater 안테나에 흐르는 전류 = Current flowing in the repeater antenna

= Tx 안테나 시스템의 전체 저항(Rs+Rtp) = Total resistance of Tx antenna system (Rs+Rtp)

= Repeater 안테나 시스템의 전체 저항 = Total resistance of the repeater antenna system

= 파워 소스의 출력 저항 = output resistance of power source

= Tx 안테나 코일의 저항 = Resistance of Tx antenna coil

= Tx 안테나에 공급하는 전압 = Voltage supplied to Tx antenna

= Tx 안테나의 인덕턴스 = Inductance of Tx antenna

= Repeater 안테나의 인덕턴스 = Inductance of repeater antenna

= Tx 안테나의 공진주파수를 맞추기 위한 캐패시터의 캐패시턴스 = Capacitance of the capacitor to match the resonant frequency of the Tx antenna

= Repeater 안테나의 공진주파수를 맞추기 위한 캐패시터의 캐패시턴스 = Capacitance of the capacitor to match the resonance frequency of the repeater antenna

= Tx 안테나와 Repeater 안테나 사이의 결합 계수 = Coupling coefficient between Tx antenna and Repeater antenna

= 공진 주파수 = resonant frequency

일 실시예에 따라, 제1 안테나(211)에 흐르는 전류(Itx) 및 제2 안테나(212)에 흐르는 전류(Irep)는 아래의 [수학식 1]에 따라 산출될 수 있다.According to one embodiment, the current (Itx) flowing through the first antenna 211 and the current (Irep) flowing through the second antenna 212 may be calculated according to [Equation 1] below.

[수학식1]의 파라미터와 관련하여, 새로이 추가된 파라미터는 아래와 같을 수 있다.Regarding the parameters of [Equation 1], the newly added parameters may be as follows.

= Tx 안테나의 quality factor = Quality factor of Tx antenna

= Repeater 안테나의 quality factor = Quality factor of repeater antenna

일 실시예에 따르면, k는 아래의 [수학식 2]에 따라 산출될 수 있다.According to one embodiment, k can be calculated according to [Equation 2] below.

M은 Ltx와 Lrep의 상호 인덕턴스를 나타낸다.M represents the mutual inductance of Ltx and Lrep.

도 8의 <801>을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(201)는 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)를 모두 채택(Repeater-Tx 구조)함으로써, 제1 안테나(211)만 채택한 Single-Tx 구조에 비하여 k값의 특정 구간(critically-coupled region)에서는 무선 전력 송신 효율이 높음을 알 수 있다.Referring to <801> in FIG. 8, the wireless power transmission device 201 according to the present invention adopts both the first antenna 211 and the second antenna 212 (Repeater-Tx structure), so that the first antenna ( Compared to the Single-Tx structure that only adopts 211), it can be seen that the wireless power transmission efficiency is high in a specific region (critically-coupled region) of the k value.

일 실시예에 따르면, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 거리(d)는, 제1 안테나(211)에 흐르는 전류(Itx)보다 제2 안테나(212)에 흐르는 전류(Irep)를 더 높게 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 거리(d)는, Irep의 최대값을 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리일 수 있다. 도 8의 <802> 및 <803>을 참조하면, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 거리(d)를 조절함에 따라 k값을 조절할 수 있고, 적절한 거리를 가질 때(즉, 적절한 범위의 k값을 가질 때), 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)를 모두 채택한 Repeater-Tx 구조가 제1 안테나(211)만 채택한 Single-Tx 구조에 비하여 더 큰 전류를 발생시키고, 이에 따라 더 강한 자기장이 발생함을 알 수 있다. 이 때, normalized B는 정규화된 magnetic flux density를 의미한다. 구체적으로, <802>를 참조하면 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 거리가 80cm일 때의 k값에서 Single-Tx 구조에 비하여 Repeater-Tx 구조에서 강한 자기장이 발생함을 알 수 있다. According to one embodiment, the distance d between the first antenna 211 and the second antenna 212 is greater than the current flowing through the first antenna 211 (Itx). It may be a distance that has a k value that generates a higher Irep). According to one embodiment, the distance d between the first antenna 211 and the second antenna 212 may be a distance that has a k value that generates the maximum value of Irep. Referring to <802> and <803> of FIG. 8, the k value can be adjusted by adjusting the distance (d) between the first antenna 211 and the second antenna 212, and when there is an appropriate distance ( That is, when the k value is in an appropriate range), the Repeater-Tx structure adopting both the first antenna 211 and the second antenna 212 has a larger current than the Single-Tx structure adopting only the first antenna 211. It can be seen that a stronger magnetic field is generated. At this time, normalized B means normalized magnetic flux density. Specifically, referring to <802>, it can be seen that a stronger magnetic field is generated in the Repeater-Tx structure compared to the Single-Tx structure at the k value when the distance between the first antenna 211 and the second antenna 212 is 80 cm. Able to know.

일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(201)는 전력 전송 효율을 높이기 위하여, 50옴인 Rtx와, 10옴 미만인 Rrep를 채택할 수 있다.According to one embodiment, the wireless power transmission device 201 may adopt an Rtx of 50 ohms and an Rrep of less than 10 ohms to increase power transmission efficiency.

도 9는 다양한 실시예들에 따른 solid coil과 litz coil의 차이점, Single-Tx 구조와 Repeater-Tx 차이점을 설명하기 위한 도면이다.Figure 9 is a diagram to explain the difference between a solid coil and a litz coil and the difference between a Single-Tx structure and a Repeater-Tx structure according to various embodiments.

도 9의 (a)는, 리피터 안테나의 경우, 수신부 코일의 형상에 따른 무선 전력 수신 정도를 나타낸 그래프이다. Litz coil은 100개 가닥의 얇은 선들이 뭉쳐져서 감겨 있는 코일이며, Solid 코일은 Litz코일과 같은 직경을 갖는 도선으로 감겨 있지만 하나의 굵은 가닥의 선으로 이루어져 있으며 Planar 코일은 PCB 상의 얇은 패턴으로 이루어진 코일을 나타낸다. 수신 효율에 있어서, Planar 코일이 가장 좋지 않고 Solid 코일과 Litz 코일은 비슷한 정도의 무선 전력 수신 성능을 보임을 알 수 있다. 다만, 도 9의 (b)를 참조하면, Solid 코일의 경우, 하나의 굵은 가닥의 도선으로 이루어진 코일이므로 기계적인 강성이 커서 휘어지지 않지만, 반면에 Litz 코일은 100개의 얇은 가닥으로 이루어져 있어서 기계적인 강성이 비교적 약해 휘어질 수 있으므로 생체 내 삽입형 디바이스의 무선전력 수신 코일로 사용할 때는 연하고 휘어질 수 있는 Litz 코일에 장점이 있음을 알 수 있다.Figure 9(a) is a graph showing the degree of wireless power reception according to the shape of the receiving unit coil in the case of a repeater antenna. A Litz coil is a coil made up of 100 thin wires bundled together. A solid coil is wound with a wire with the same diameter as the Litz coil, but consists of one thick wire. A planar coil is a coil made up of a thin pattern on a PCB. represents. In terms of reception efficiency, it can be seen that Planar coil is the worst, and Solid coil and Litz coil show similar wireless power reception performance. However, referring to (b) of Figure 9, in the case of the Solid coil, it is made of a single thick conductor, so it has high mechanical rigidity and does not bend, but on the other hand, the Litz coil is made of 100 thin strands, so it is mechanically strong. Since the rigidity is relatively weak and can be bent, it can be seen that the soft and bendable Litz coil has an advantage when used as a wireless power receiving coil for an implantable device.

도 9의 (c) 및 (d)는 각각, Single-Tx 구조와 Repeater-Tx 구조의 경우에서 안테나로부터의 높이에 따른 수신 코일의 출력 전압을 부하의 크기(0.1k, 1k, 10k옴)에 따라 나타낸 그래프이다. 전반적으로 Repeater 안테나의 경우가 비교적 높은 지점까지 더 큰 전력을 전송할 수 있음을 알 수 있다. 초록색 음영으로 표시된 높이의 영역은 신경 신호 처리 장치(101)의 회로에서 신경 신호를 측정하기 위한 Amplifier IC의 동작이 가능한 범위를 나타내며, 회로에서 수신 전압이 3.2V 이상이 되는 영역을 나타낸다. 파란색 음영으로 표시된 높이의 영역은 신경 신호 처리 장치(101)의 회로에서 BLE MCU의 동작이 가능한 범위를 나타내며, 회로에서 수신전압이 1.7V 이상이 되는 영역을 나타낸다. 예를 들어, 원숭이를 실험용 동물로 선택하기 위해서는 30cm 정도의 높이까지 신경 신호 처리 장치(101)가 동작해야 함을 의미하며, 리피터 안테나를 사용한 경우에만 더 넓은 영역의 무선 전력 전송이 가능해 원숭이 실험이 가능함을 알 수 있다.Figures 9 (c) and (d) show the output voltage of the receiving coil according to the height from the antenna in the case of the Single-Tx structure and the Repeater-Tx structure, respectively, according to the size of the load (0.1k, 1k, 10k ohm). This is a graph shown accordingly. Overall, it can be seen that the repeater antenna can transmit greater power to a relatively high point. The height area shaded in green represents the range in which the Amplifier IC for measuring neural signals in the circuit of the neural signal processing device 101 can operate, and represents the area where the received voltage in the circuit is 3.2V or more. The height area shaded in blue represents the range in which the BLE MCU can operate in the circuit of the neural signal processing device 101, and represents the area where the received voltage in the circuit is 1.7V or more. For example, selecting a monkey as an experimental animal means that the neural signal processing device 101 must operate up to a height of about 30 cm, and only when a repeater antenna is used, wireless power transmission over a wider area is possible, making monkey experiments possible. You can see that it is possible.

도 10은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(201)의 컨셉도를 나타낸다. FIG. 10 shows a concept diagram of a wireless power transmission device 201 according to various embodiments.

일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(201)는 도 10에 나타난 바와 같이 다양한 방식으로 설계되어 구현될 수 있다. 일 실시예에 따라 도 10을 참조하면, 제2 안테나(212)는 실험용 동물을 지지하기 위한 케이지(213)의 발판(214)으로부터 미리 정해진 제2 거리(d3)만큼 상향 이격된 지점에 위치할 수 있다.The wireless power transmission device 201 according to an embodiment may be designed and implemented in various ways, as shown in FIG. 10. Referring to FIG. 10 according to one embodiment, the second antenna 212 is located at a point spaced upward by a predetermined second distance d3 from the footrest 214 of the cage 213 for supporting the experimental animal. You can.

도 11은 다양한 실시예들에 따른 뇌 속에 삽입된 뇌 삽입형 유연 프로브의 모습을 도시한다.Figure 11 shows a brain-implantable flexible probe inserted into the brain according to various embodiments.

일 실시예에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브(130)는 생분해성 물질이 코팅되어 뇌 속에 삽입되기 전과 후의 강성이 다를 수 있다. The brain-insertable flexible probe 130 according to one embodiment may be coated with a biodegradable material and have different rigidity before and after being inserted into the brain.

상기 생분해성 물질은 설탕을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니라 생분해성 물질이면서도, 뇌에 삽입되기 전 까지 일정한 형태를 유지할 수 있는 생분해성 물질이면 족하다.The biodegradable material may include sugar. However, it is not limited to this, and any biodegradable material that can maintain a certain shape until it is inserted into the brain is sufficient.

일 실시예에 따라 도 11을 참조하면, 상기 뇌 삽입형 유연 프로브는 뇌 속에 삽입될 때는 설탕이 코팅된 모습을 유지한다. 이후 생분해성 물질인 설탕이 시간이 지남에 따라 뇌 속에서 녹게 된다. 설탕이 녹게 되면 뇌 삽입형 유연 프로브 내 3차원 다공성 전극 및 32채널 전극이 뇌 신경으로부터 신호를 수신할 수 있다. According to one embodiment, referring to FIG. 11, the brain-insertable flexible probe maintains its sugar-coated appearance when inserted into the brain. Afterwards, sugar, a biodegradable substance, dissolves in the brain over time. When the sugar is dissolved, the 3D porous electrode and 32-channel electrode within the brain-implantable flexible probe can receive signals from the cranial nerves.

도 12은 다양한 실시예들에 따른 설탕이 코팅된 뇌 삽입형 유연 프로브의 모습을 도시한 것이다.Figure 12 shows a sugar-coated brain implantable flexible probe according to various embodiments.

일 실시예에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브의 외부에는 생분해성 물질이 U자형태로 코팅될 수 있다. 도 12를 참조하면, 뇌 삽입형 유연 프로브는 생분해성 물질인 설탕이 녹음에 따라 강성이 우수하여 딱딱했던(rigid) 형태에서 흐늘흐늘(soft)한 형태가 되어 뇌의 손상을 방지하는 효과가 존재한다. The outside of the brain-insertable flexible probe according to one embodiment may be coated with a biodegradable material in a U-shape. Referring to Figure 12, the brain-insertable flexible probe has excellent rigidity as sugar, a biodegradable material, is dissolved, changing from a rigid form to a soft form, which has the effect of preventing damage to the brain. .

상기 뇌 삽입형 유연 프로브의 외부에 U자형태의 생분해성 물질인 설탕을 코팅함으로써, 상기 뇌 삽입형 유연 프로브의 굽힘 강성은 높이면서도 단면적은 최소화할 수 있다. 이로 인해 뇌 삽입형 유연 프로브가 뇌에 삽입시 원하는 부위에 삽입할 수 있는 효과가 존재한다. 일단 뇌 속에 삽입된 유연 프로브는 상기 생분해성 물질이 녹음에 따라 흐물흐물해져 뇌 손상을 줄일 수 있는 효과가 존재한다.By coating the outside of the brain implantable flexible probe with sugar, a U-shaped biodegradable material, the bending rigidity of the brain implantable flexible probe can be increased while the cross-sectional area can be minimized. This has the effect of allowing the brain-insertable flexible probe to be inserted into the desired area when inserted into the brain. Once inserted into the brain, the flexible probe has the effect of reducing brain damage as the biodegradable material becomes mushy upon recording.

도 13은 다양한 실시예들에 따른 코팅에 따른 전극의 임피던스 변화를 측정하기 위한 회로도를 도시한 것이다.Figure 13 shows a circuit diagram for measuring the change in impedance of an electrode according to coating according to various embodiments.

다양한 실시예에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브의 코팅된 생분해성 물질이 뇌 속에서 분해됨에 따라 변화하는 전극의 임피던스의 변화를 측정하였다.Changes in the impedance of the electrode that change as the biodegradable material coated on the brain-insertable flexible probe according to various embodiments decompose in the brain were measured.

도 13은 다양한 실시예들에 따른 코팅에 따른 전극의 임피던스 변화를 측정하기 위한 회로도를 도시한 것이다.Figure 13 shows a circuit diagram for measuring the change in impedance of an electrode according to coating according to various embodiments.

<조건><Conditions>

아가로오스겔 Agarose gel

1mM PBS1mM PBS

pH: 7.4pH: 7.4

정전위 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance Spectroscopy)Electrochemical impedance spectroscopy

개방 회로 전위(open circuit delay): 120 secondOpen circuit delay: 120 seconds

교류전압(Sine wave AC): 10 mVSine wave AC: 10 mV

직류 성분(offset DC): 0 VDirect current component (offset DC): 0 V

전극 크기(Electrode size): 300㎛2 Electrode size: 300㎛ 2

상기 전극 임피던스의 변화는 하기와 같은 수학식3을 통해 측정하였다.The change in electrode impedance was measured using Equation 3 below.

Za-e': Amplifier input impedance의 값Z a-e' : Value of Amplifier input impedance

Ze': Effective electrode impedance의 값Z e' : Value of effective electrode impedance

Ve': 저항 Za-e'-에 걸리는 전압 값V e' : Voltage value applied to resistance Z a-e'-

Ve: 전체 저항에 걸리는 전압 값V e : Voltage value across the entire resistance

상기 수학식 3에 따라 생분해성 물질이 녹기전 과 후의 신호 손실(signal loss)를 측정하였다.The signal loss before and after the biodegradable material was dissolved was measured according to Equation 3 above.

Ze'값이 1M Ω(at 1kHz)일 때 신호 손실은 7% 정도가 발생하였다. 이에 반해, Z e' value is 1M When Ω (at 1kHz), signal loss occurred about 7%. In contrast,

Ze'값이 3M Ω(at 1kHz)일 때는 신호 손신을 약 19%정도가 발생하였다. 이를 통해 저항 값이 클수록 신호 손실이 더 발생하는 것을 확인할 수 있었다. Z e' value is 3M At Ω (at 1kHz), signal loss occurred at approximately 19%. Through this, it was confirmed that the larger the resistance value, the more signal loss occurs.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 32채널 전극은 폴리스타이렌, 백금 및 산화이리듐으로 이루어질 수 있다. 상기 전극은 매크로-다공성 구조를 가질 수 있다. 이를 통해 전극의 저항을 줄이는 효과가 존재한다.According to various embodiments, the 32-channel electrode may be made of polystyrene, platinum, and iridium oxide. The electrode may have a macro-porous structure. This has the effect of reducing the resistance of the electrode.

도 14은 다양한 실시예들에 따른 생분해 과정에 따른 신경 전극의 임피던스 변화 그래프를 도시한다.Figure 14 shows a graph of impedance change of a nerve electrode according to the biodegradation process according to various embodiments.

일 실시예에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브 내 전극 임피던스는 시간이 지남에 따라 코팅된 생분해성 물질이 녹음에 따라 뇌에 직접적으로 노출되어 임피던스가 낮아지는 효과가 존재하였다. According to one embodiment, the electrode impedance within the brain-insertable flexible probe had the effect of lowering the impedance over time as the coated biodegradable material was directly exposed to the brain during recording.

도 14을 참조하면 1kHz에서 뇌에 삽입된 후 7분이 지난 전극의 임피던스는 1.505M Ω을 나타내었으나, 뇌에 삽입된 후 28분이 지난 전극의 임피던스는 1.121MΩ을 나타낼 정도로 임피던스가 약 25%정도가 낮아진 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 14, the impedance of the electrode 7 minutes after being inserted into the brain at 1 kHz is 1.505M. Ω, but it was confirmed that the impedance of the electrode 28 minutes after being inserted into the brain was 1.121 MΩ, which lowered the impedance by about 25%.

도 15은 다양한 실시예들에 따른 뇌조직 삽입 시간에 따른 신경 전극의 물리적 변화 및 임피던스 변화 그래프를 도시한다.Figure 15 shows a graph of physical changes and impedance changes of a nerve electrode according to brain tissue insertion time according to various embodiments.

도 15를 참조하면 뇌 조직에 삽입되기 전 뇌 삽입형 유연 프로브의 강성은 딱딱한(rigid) 형태임을 확인할 수 있으며, 뇌 조직에 삽입되어 생분해성 물질이 녹음에 따라 강성은 흐물흐물(soft)한 형태임을 확인할 수 있다.Referring to Figure 15, it can be seen that the rigidity of the brain-insertable flexible probe before being inserted into the brain tissue is in a rigid form, and that the rigidity is in a soft form as the biodegradable material is recorded after being inserted into the brain tissue. You can check it.

또한, 뇌 조직에 삽입되기 전 전극의 전기화학적 임피던스는 10-4kΩ을 나타내었으나, 뇌 조직에 삽입된 후 전극의 전기화학적 임피던스는 수치가 낮아져 102kΩ를 나타내었다. In addition, the electrochemical impedance of the electrode before insertion into the brain tissue was 10-4 kΩ, but after insertion into the brain tissue, the electrochemical impedance of the electrode decreased to 10 2 kΩ.

이를 통해 뇌 조직 삽입시간에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브의 강성 및 전극의 전기화학적 임피던스 변화를 확인할 수 있다.Through this, it is possible to check the stiffness of the brain-inserted flexible probe and the change in electrochemical impedance of the electrode depending on the brain tissue insertion time.

다양한 실시예들에 따라서, 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe); 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈; 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈; 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈; 프로세서;를 포함하고, 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서는, 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하고, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하고, 및 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하도록 설정할 수 있다.According to various embodiments, a device that is embedded around the brain of an experimental animal and processes neural signals includes a brain-insertable flexible probe (flexible) that is inserted into the brain and includes 32 electrodes for collecting 32 channels of neural signals. probe); A communication module including a Bluetooth Low Energy (BLE) module; A sensor module including an acceleration sensor; A wireless power reception module including a litz wire coil for wirelessly receiving power from a wireless power transmission device; A processor; and, while receiving power wirelessly through the Ritz wire coil, the processor acquires the 32 channels of nerve signals collected through the flexible probe, and selects a predetermined number of the 32 channels of nerve signals. Four channels of nerve signals can be selected according to a standard, and the four channels of nerve signals can be set to be transmitted to an external electronic device through the low-power Bluetooth module.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 프로세서는, 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신하도록 더 설정될 수 있다.According to various embodiments, the processor may be further configured to transmit the 32-channel neural signal to the external electronic device through the low-power Bluetooth module.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 프로세서는, 상기 32채널의 신경 신경에 대하여 특정 시간 동안 spike의 개수를 확인하고, 상기 미리 정해진 기준으로서, 상기 특정 시간 동안 상기 spike의 개수가 많은 순서로 상기 4채널의 신경 신호를 선택하도록 설정할 수 있다.According to various embodiments, the processor determines the number of spikes for the 32-channel nerves during a specific time, and, as the predetermined standard, selects the 4 channels in the order of the highest number of spikes during the specific time. It can be set to select neural signals.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 신경 신호 처리 장치는, 신경 신호 증폭기(neural signal amplifier)를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 미리 정해진 기준에 따라 raw signal 형태를 갖는 상기 4채널의 신경 신호를 선택하도록 상기 신경 신호 증폭기를 제어하도록 설정될 수 있다.According to various embodiments, the neural signal processing device further includes a neural signal amplifier, and the processor selects the four-channel neural signal having a raw signal form according to the predetermined standard. It can be set to control the neural signal amplifier to do so.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 4채널의 신경 신호는 AP(Action Potential)로만 구성되거나 AP 및 LFP(Local Field Potential)로 구성된 raw signal이고, 상기 32채널의 신경 신호는, LFP로만 구성된 raw signal일 수 있다.According to various embodiments, the 4-channel neural signal is a raw signal composed only of AP (Action Potential) or AP and LFP (Local Field Potential), and the 32-channel neural signal is a raw signal composed only of LFP. You can.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 유연 프로브는, 상기 32개 전극들의 전기화학적 임피던스를 낮추기 위한 3차원 다공성 전극을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the flexible probe may include a three-dimensional porous electrode to lower the electrochemical impedance of the 32 electrodes.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 프로세서는, 각 채널의 신경 신호에 대하여 1사이클 당 2바이트의 크기를 할당하고, 상기 가속도 센서를 통하여 획득한 가속도 센서 데이터 및 상기 무선 전력 수신 모듈을 통하여 수신된 전력의 전압값에 4바이트의 크기를 할당하고, 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신할 때, 3사이클의 신경 신호, 상기 가속도 센서 데이터, 및 상기 전압값을 포함시켜 196바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신하고, 상기 4채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신할 때, 30사이클의 신경 신호, 상기 가속도 센서 데이터, 및 상기 전압값을 포함시켜 244바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신하도록 설정할 수 있다.According to various embodiments, the processor allocates a size of 2 bytes per cycle to the neural signal of each channel, and calculates the acceleration sensor data obtained through the acceleration sensor and the power received through the wireless power receiving module. A size of 4 bytes is assigned to the voltage value, and when transmitting the 32-channel neural signal to the external electronic device, 3 cycles of the neural signal, the acceleration sensor data, and the voltage value are included to create a size of 196 bytes. When transmitting one packet having and transmitting the 4-channel neural signal to the external electronic device, one packet having a size of 244 bytes including 30 cycles of the neural signal, the acceleration sensor data, and the voltage value can be set to transmit.

다양한 실시예들에 따라서, 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 신경 신호 처리 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 신경 신호 처리 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe), 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈, 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈, 및 프로세서;를 포함하고, 신경 신호 처리 장치의 동작 방법은, 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서를 이용하여: 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하는 동작, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작, 및 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, in a method of operating a neural signal processing device that is embedded around the brain of a laboratory animal and processes neural signals, the neural signal processing device is inserted into the brain to collect 32 channels of neural signals. A brain-implantable flexible probe containing 32 electrodes, a communication module including a Bluetooth Low Energy (BLE) module, a sensor module including an acceleration sensor, and REITs for wirelessly receiving power from a wireless power transmitter. A wireless power reception module including a litz wire coil, and a processor; and a method of operating a neural signal processing device, while receiving power wirelessly through the litz wire coil, using the processor: An operation of acquiring the 32 channels of nerve signals collected through the flexible probe, an operation of selecting 4 channels of nerve signals among the 32 channels of nerve signals according to a predetermined standard, and the 4 channels of nerve signals through the low-power Bluetooth module. It may include an operation of transmitting a neural signal to an external electronic device.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 방법은, 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신하는 동작을 더 포함할 수 있다.According to various embodiments, the method may further include transmitting the 32-channel neural signal to the external electronic device through the low-power Bluetooth module.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작은, 상기 32채널의 신경 신경에 대하여 특정 시간 동안 spike의 개수를 확인하는 동작, 상기 미리 정해진 기준으로서, 상기 특정 시간 동안 상기 spike의 개수가 많은 순서로 상기 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the operation of selecting the 4-channel nerve signal is an operation of checking the number of spikes during a specific time for the 32-channel nerve, and, as the predetermined standard, the spike during the specific time. It may include an operation of selecting the neural signals of the four channels in the order of the largest number.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작은, 상기 미리 정해진 기준에 따라 raw signal 형태를 갖는 상기 4채널의 신경 신호를 선택하도록 상기 신경 신호 증폭기를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the operation of selecting the four-channel neural signal may include controlling the neural signal amplifier to select the four-channel neural signal having a raw signal form according to the predetermined standard. You can.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 방법은, 각 채널의 신경 신호에 대하여 1사이클 당 2바이트의 크기를 할당하는 동작, 및 상기 가속도 센서를 통하여 획득한 가속도 센서 데이터 및 상기 무선 전력 수신 모듈을 통하여 수신된 전력의 전압값에 4바이트의 크기를 할당하는 동작을 더 포함하고, 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신하는 동작은, 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신할 때, 3사이클의 신경 신호, 상기 가속도 센서 데이터, 및 상기 전압값을 포함시켜 196바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신하는 동작을 포함하고, 및 상기 4채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신하는 동작은, 상기 4채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신할 때, 30사이클의 신경 신호, 상기 가속도 센서 데이터, 및 상기 전압값을 포함시켜 244바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the method includes an operation of allocating a size of 2 bytes per cycle to the neural signal of each channel, and acceleration sensor data acquired through the acceleration sensor and received through the wireless power reception module. It further includes an operation of allocating a size of 4 bytes to the voltage value of the generated power, and the operation of transmitting the 32-channel neural signal to the external electronic device includes transmitting the 32-channel neural signal to the external electronic device. An operation of transmitting one packet with a size of 196 bytes including 3 cycles of neural signals, the acceleration sensor data, and the voltage value, and transmitting the 4-channel neural signals to the external electronic device. The operation of transmitting the 4-channel neural signal to the external electronic device includes transmitting one packet with a size of 244 bytes including 30 cycles of the neural signal, the acceleration sensor data, and the voltage value. may include.

다양한 실시예들에 따라서, 컴퓨터로 독출 가능한 인스트럭션을 저장하는 저장 매체에 있어서, 상기 인스트럭션은 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 신경 신호 처리 장치의 프로세서에 의하여 실행 시에, 상기 신경 신호 처리 장치로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 야기하고, 상기 신경 신호 처리 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe), 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈, 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈, 및 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈을 포함하고, 상기 적어도 하나의 동작은: 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서를 이용하여: 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하는 동작, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작, 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, in a storage medium for storing computer-readable instructions, the instructions are embedded around the brain of an experimental animal and, when executed by a processor of a neural signal processing device that processes neural signals, Causes a neural signal processing device to perform at least one operation, wherein the neural signal processing device includes a brain-implantable flexible probe inserted into the brain and including 32 electrodes for collecting 32 channels of neural signals. ), a communication module including a low-power Bluetooth (BLE) module, a sensor module including an acceleration sensor, and a wireless power receiving module including a litz wire coil for wirelessly receiving power from a wireless power transmitting device. Comprising: the at least one operation: using the processor while receiving power wirelessly through the Ritz wire coil: acquiring the 32 channels of neural signals collected through the flexible probe, 32 It may include an operation of selecting nerve signals of four channels according to a predetermined standard among nerve signals of channels, and an operation of transmitting the nerve signals of four channels to an external electronic device through the low-power Bluetooth module.

다양한 실시예들에 따라서, 무선 전력 송신 장치는, 전력 입력을 위한 제1 안테나; 및 상기 제1 안테나로부터 미리 정해진 제1 거리만큼 상향 이격되어 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나;를 포함하고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는, 실험용 동물을 수용하는 케이지를 둘러싸는 형상을 갖고, 상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물을 지지하기 위한 상기 케이지의 발판으로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 상향 이격된 지점에 위치하고, 상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물의 뇌의 주변에 위치하는 무선 전력 수신 모듈로 전력을 무선으로 송신하되, 상기 무선 전력 수신 모듈은 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함할 수 있다.According to various embodiments, a wireless power transmission apparatus includes: a first antenna for power input; and a second antenna spaced upwardly from the first antenna by a predetermined first distance to amplify the power input, wherein the first antenna and the second antenna surround a cage accommodating an experimental animal. It has a shape, the second antenna is located at a point spaced upward by a predetermined second distance from the footrest of the cage for supporting the experimental animal, and the second antenna is located around the brain of the experimental animal. Power is transmitted wirelessly to a wireless power reception module, where the wireless power reception module may include a litz wire coil.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 미리 정해진 제1 거리는, 상기 제1 안테나에 흐르는 제1 전류(Itx)보다 상기 제2 안테나에 흐르는 제2 전류(Irep)를 높게 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리이고, 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류는 각각 하기의 수학식 1에 의하여 산출될 수 있다.According to various embodiments, the predetermined first distance is a distance that has a k value that generates a second current (Irep) flowing through the second antenna higher than a first current (Itx) flowing through the first antenna. , the first current and the second current can each be calculated by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

= Tx 안테나(상기 제1 안테나)의 전체 저항 = Total resistance of the Tx antenna (the first antenna)

= Repeater 안테나(상기 제2 안테나)의 전체 저항 = Total resistance of the repeater antenna (the second antenna)

= Tx 안테나에 공급하는 전압 = Voltage supplied to Tx antenna

= Tx 안테나의 인덕턴스 = Inductance of Tx antenna

= Repeater 안테나의 인덕턴스 = Inductance of repeater antenna

= Tx 안테나와 Repeater 안테나 사이의 결합 계수 = Coupling coefficient between Tx antenna and Repeater antenna

= 공진 주파수 = resonant frequency

= Tx 안테나의 quality factor = Quality factor of Tx antenna

= Repeater 안테나의 quality factor = Quality factor of repeater antenna

다양한 실시예들에 따라서, 상기 미리 정해진 제1 거리는, 상기 제2 전류의 최대값을 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리일 수 있다.According to various embodiments, the predetermined first distance may be a distance that has a k value that generates the maximum value of the second current.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 Rtx는 50옴이고, 상기 Rrep는 10옴 미만일 수 있다.According to various embodiments, the Rtx may be 50 ohms and the Rrep may be less than 10 ohms.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 제2 안테나는 상기 케이지의 중앙 지점으로부터 미리 정해진 제3 거리 이내에 위치할 수 있다.According to various embodiments, the second antenna may be located within a third predetermined distance from the central point of the cage.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.The various embodiments of this document and the terms used herein are not intended to limit the technical features described in this document to specific embodiments, but should be understood to include various changes, equivalents, or replacements of the embodiments. In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar or related components. The singular form of a noun corresponding to an item may include one or more of the items, unless the relevant context clearly indicates otherwise. As used herein, “A or B”, “at least one of A and B”, “at least one of A or B”, “A, B or C”, “at least one of A, B and C”, and “A Each of phrases such as “at least one of , B, or C” may include any one of the items listed together in the corresponding phrase, or any possible combination thereof. Terms such as "first", "second", or "first" or "second" may be used simply to distinguish one component from another, and to refer to those components in other respects (e.g., importance or order) is not limited. One (e.g., first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g., second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.” Where mentioned, it means that any of the components can be connected to the other components directly (e.g. wired), wirelessly, or through a third component.

100: 무선 전력 송수신을 이용한 신경 신호 처리 시스템
101: 신경 신호 처리 장치, 201: 무선 전력 송신 장치
211: 제1 안테나, 212: 제2 안테나
100: Neural signal processing system using wireless power transmission and reception
101: neural signal processing device, 201: wireless power transmission device
211: first antenna, 212: second antenna

Claims (5)

무선 전력 송신 장치에 있어서,
전력 입력을 위한 제1 안테나; 및
상기 제1 안테나로부터 미리 정해진 제1 거리만큼 상향 이격되어 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나;를 포함하고,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는, 실험용 동물을 수용하는 케이지를 둘러싸는 형상을 갖고,
상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물을 지지하기 위한 상기 케이지의 발판으로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 상향 이격된 지점에 위치하고,
상기 제2 안테나는, 무선 전력 수신 모듈로 전력을 무선으로 송신하되, 상기 무선 전력 수신 모듈은 상기 실험용 동물의 뇌의 상단에 위치하고, 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하고,
상기 미리 정해진 제1 거리는, 상기 제1 안테나에 흐르는 제1 전류(ITX)보다 상기 제2 안테나에 흐르는 제2 전류(IREP)를 높게 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리인,
무선 전력 송신 장치.
In the wireless power transmission device,
a first antenna for power input; and
It includes a second antenna spaced upwardly from the first antenna by a predetermined first distance to amplify the power input,
The first antenna and the second antenna have a shape surrounding a cage accommodating experimental animals,
The second antenna is located at a point spaced upward by a predetermined second distance from the footrest of the cage for supporting the experimental animal,
The second antenna wirelessly transmits power to a wireless power reception module, wherein the wireless power reception module is located at the top of the brain of the experimental animal and includes a litz wire coil,
The predetermined first distance is a distance that has a k value that causes the second current (I REP ) flowing through the second antenna to be higher than the first current (I TX ) flowing through the first antenna,
Wireless power transmission device.
제1 항에 있어서,
상기 제1 전류 및 상기 제2 전류는 각각 하기의 수학식 1에 의하여 산출되는,
무선 전력 송신 장치.
[수학식 1]


= Tx 안테나(상기 제1 안테나)의 전체 저항
= Repeater 안테나(상기 제2 안테나)의 전체 저항
= Tx 안테나에 공급하는 전압
= Tx 안테나의 인덕턴스
= Repeater 안테나의 인덕턴스
k = Tx 안테나와 Repeater 안테나 사이의 결합 계수
= 공진 주파수
= Tx 안테나의 quality factor
= Repeater 안테나의 quality factor
According to claim 1,
The first current and the second current are each calculated by Equation 1 below,
Wireless power transmission device.
[Equation 1]


= Total resistance of the Tx antenna (the first antenna)
= Total resistance of the repeater antenna (the second antenna)
= Voltage supplied to Tx antenna
= Inductance of Tx antenna
= Inductance of repeater antenna
k = coupling coefficient between Tx antenna and Repeater antenna
= resonant frequency
= Quality factor of Tx antenna
= Quality factor of repeater antenna
제2 항에 있어서,
상기 미리 정해진 제1 거리는, 상기 제2 전류의 최대값을 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리인,
무선 전력 송신 장치.
According to clause 2,
The predetermined first distance is a distance that has a k value that generates the maximum value of the second current,
Wireless power transmission device.
제3 항에 있어서,
상기 RTX는 50옴이고, 상기 RREP는 10옴 미만인,
무선 전력 송신 장치.
According to clause 3,
The R TX is 50 ohms, and the R REP is less than 10 ohms,
Wireless power transmission device.
제1 항에 있어서,
상기 제2 안테나는 상기 케이지의 중앙 지점으로부터 미리 정해진 제3 거리 이내에 위치하는,
무선 전력 송신 장치.
According to claim 1,
The second antenna is located within a third predetermined distance from the central point of the cage,
Wireless power transmission device.
KR1020230039870A 2022-12-13 2023-03-27 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device KR20240088530A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230039870A KR20240088530A (en) 2022-12-13 2023-03-27 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220174125A KR102516252B1 (en) 2022-12-13 2022-12-13 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device
KR1020230039870A KR20240088530A (en) 2022-12-13 2023-03-27 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220174125A Division KR102516252B1 (en) 2022-12-13 2022-12-13 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240088530A true KR20240088530A (en) 2024-06-20

Family

ID=86005298

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220174125A KR102516252B1 (en) 2022-12-13 2022-12-13 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device
KR1020230039870A KR20240088530A (en) 2022-12-13 2023-03-27 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220174125A KR102516252B1 (en) 2022-12-13 2022-12-13 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR102516252B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024128430A1 (en) * 2022-12-13 2024-06-20 엔사이드 주식회사 Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device
KR102570162B1 (en) * 2023-04-10 2023-08-29 주식회사 에너지마이닝 Smart bandage for wound care

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210055610A (en) 2019-11-07 2021-05-17 한국전기연구원 Reconfigurable module type wireless power transmission apparatus
KR102469310B1 (en) 2017-11-23 2022-11-22 삼성전자주식회사 Wireless power transmitting device, electronic device for wirelessly receiving power and method of operating thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102613997B1 (en) * 2021-05-03 2023-12-15 한국과학기술원 Soft neural implant device capable of wireless charging and wireless control

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102469310B1 (en) 2017-11-23 2022-11-22 삼성전자주식회사 Wireless power transmitting device, electronic device for wirelessly receiving power and method of operating thereof
KR20210055610A (en) 2019-11-07 2021-05-17 한국전기연구원 Reconfigurable module type wireless power transmission apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
(비특허문헌 1) 문헌 명칭: Wright J, etc., A Fully Implantable Wireless Bidirectional Neuromodulation System for Mice. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2021.06.02.446797, pp.1~17, 공개일: 2021.06.02

Also Published As

Publication number Publication date
KR102516252B1 (en) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102516252B1 (en) Device for wirelessly transmitting power to neural signal processing device
US11786733B2 (en) Systems and methods for preventing noise in an electric waveform for neural stimulation, block, or sensing
CN102065949B (en) Antenna arrangements for implantable therapy device
US10463862B2 (en) Implantable relay module
Freeman et al. A sub-millimeter, inductively powered neural stimulator
Abiri et al. Inductively powered wireless pacing via a miniature pacemaker and remote stimulation control system
CN102470240B (en) For the armarium of electricity irritation
US20160256693A1 (en) Systems, devices, and methods for electrical stimulation using a chemical biomarker for feedback to adjust stimulation parameters
US20230285753A1 (en) Devices and methods to use power spectrum or signal association for pain management
CN102361666A (en) Multi-electrode channel configurations
KR102516251B1 (en) Neural signal processing device embedded in upper portion of brain of experimental animal and method for operating thereof
Soltani et al. Low-radiation cellular inductive powering of rodent wireless brain interfaces: Methodology and design guide
Lee et al. Wireless ensembles of sub-mm microimplants communicating as a network near 1 GHz in a neural application
EP3319512B1 (en) Telemetry of implanted electrode contacts during mri
WO2013138491A1 (en) Systems and methods for obtaining and using incident field transfer functions of electrical stimulation systems
Higgins Wireless communication
KR102525473B1 (en) Brain implantable flexible probe
CN110850978A (en) Full-implanted brain-computer interface system
JP5867848B2 (en) In-vivo information transmission device
Qian et al. Implanted rechargeable electroencephalography (EEG) device
Kim et al. Geometry-based optimization of radio-frequency coils for powering neuroprosthetic implants
Jonah Optimization of wireless power transfer via magnetic resonance in different media
US10575750B2 (en) Neurotrophic electrode system
US20220395690A1 (en) Methods and systems for estimating neural activation by stimulation using a stimulation system
Zhang et al. A simple miniature device for wireless stimulation of neural circuits in small behaving animals