Ein komplettes Vitalwertinstrument, etwa von der Größe eines Fingernagels.

Die biomedizinische Technik liegt für mich an der Schnittstelle von Biologie, Elektronik und Berechnung — drei Feldern, die sich einig sein müssen, bevor eine Messung etwas bedeutet.

Die Arbeit ist biomedizinischer Sensorentwurf und Signalverarbeitung für medizinische Anwendungen: ein Körpersignal in eine Zahl zu verwandeln, der eine Klinikerin vertraut, und das auf Hardware zu tun, die klein genug ist, um auf dem Körper zu leben statt neben ihm. Die Biologie entscheidet, was zu messen sich lohnt, die Elektronik entscheidet, wie man es erfasst, und die Berechnung entscheidet, was die Erfassung tatsächlich bedeutet.

Der Faden, der durch all das läuft, sind intelligente Geräte für Überwachung und Eingriff — Geräte, die nicht nur erfassen, sondern auf das reagieren können, was sie lesen. Der klarste Ausdruck davon ist ein biomedizinischer Mikrochip: ein komplettes Vitalwertmodul nahe 1,5 mal 1,5 cm, das Herzfrequenz, Temperatur und SpO2 liest, sie auf seinem eigenen Mikrocomputer verarbeitet und über eine drahtlose Verbindung meldet.

Ich baue auf Nordic-, Texas-Instruments- und Maxim-Integrated-Plattformen, und derselbe Instinkt trägt in die Mikrorobotik hinein, angewandt auf biomedizinische Systeme — der Übergang von einem Gerät, das meldet, zu einem, das auf kleiner Skala positionieren und handeln kann.

Drei Vitalzeichen durchlaufen denselben Pfad auf dem Modul: erfasst vom MEMS-Array, gesammelt vom Signalkonzentrator, verarbeitet vom Mikrocomputer und Algorithmusprozessor auf dem Modul und über Bluetooth Low Energy an eine gekoppelte App gesendet. Das Diagramm zeichnet diesen Pfad; der Prozessfluss benennt jede Phase.

Was das Modul verlässt, ist das Ergebnis, nicht die rohe Wellenform. Lesen und Verarbeiten geschehen an der Quelle, also trägt der Funk Vitalwerte — Herzfrequenz, Temperatur, SpO2 — statt eines Stroms von Abtastungen.

Die drei Vitalzeichen werden nicht auf dieselbe Weise gelesen. Herzfrequenz und SpO2 sind optisch und teilen sich ein Frontend; die Temperatur ist thermisch und steht für sich. Alle drei auf einem kleinen Modul zu lesen, bedeutet, dass jedes Signal sauber gewonnen werden muss, ohne dass die anderen im Weg sind.

Jeder Reiter unten ist ein Signal: woher es kommt und der Teil der Signalverarbeitung, der tatsächlich entscheidet, ob die Zahl vertrauenswürdig ist.

Einen Mikrocomputer, ein MEMS-Array, einen Signalkonzentrator, einen Algorithmusprozessor, eine Bluetooth-Antenne, eine Mikro-LiPo-Batterie und eine Ladespule in 1,5 mal 1,5 cm zu bringen, ist ein Stapelproblem. Die Blöcke schichten sich, statt nebeneinander zu sitzen, und die Reihenfolge der Lagen wird so gewählt, dass die Analogstufen vom Funk fernbleiben.

Die Explosionsdarstellung unten zieht diese Lagen auseinander. Im gebauten Modul fallen sie auf einen Footprint zusammen; die Teile, die ruhig sein müssen, sitzen am weitesten von der Antenne entfernt, und die Spule und die Batterie nehmen die Rückseite ein, wo sie nichts Kritisches abschirmen.

Die Signale ändern sich und die Plattformen ändern sich, aber die Regeln hinter der Arbeit nicht.

Dies sind die Prinzipien, die ich anwende, ob das Ziel ein Herzfrequenz-Frontend, ein vollständiges Vitalwertmodul oder ein Schritt hin zur Mikrorobotik ist, angewandt auf biomedizinische Systeme — der Teil, der die Ingenieurarbeit wiederholbar statt zufällig hält.