针对脑机接口芯片被“卡脖子”的现状，项目团队自主研发了一款超低功耗脑机接口芯片，并构建了仅5.3克的小型无线“帽子”。该芯片系统的功耗、重量、传输距离等指标均领先于国际上同类产品。
To improve current situation that brain-machine-interface chips rely on imports, we design an ultra-low-power wireless brain-machine-interface chip, which constructs a 5.3g BLE wireless headstage. Comparing to the state of the arts, the chip system shows superior performance on power, weight, and effective range.
赵博：国家万人计划科技创新领军人才，国家青年千人，达林顿奖获得者，百人计划研究员，2022年当选国际生医电路与系统协会主席。
潘纲：国家杰青，获国家科学技术进步奖二等奖（第2完成人）、教育部科技进步一等奖（第2完成人）、入选中国高等学校十大科技进展。
许科帝：教授，中国生物医学工程学会康复工程分会委员，参与了包括 973项目、863计划在内的多项重大科研项目。
其他团队成员(排名不分先后)：罗宇轩、张云珊、杨长贵、孙俊鸿、李祝昊、常子怡、张治欢、张磊、俞超楠、高欢等。
团队照片
图1 传统的有线脑机接口设备需要大量导线
图2 现有的商用设备需要配备笨重的显示器
图3 团队自主研发的低功耗脑机接口芯片
图4 团队自主研发的脑机芯片和小型蓝牙无线脑机接口“帽子”
图5 Neural Dielet 1.0: 0.4mm3 神经颗粒芯片 (VLSI’2022)
脑机接口技术已成为全球主要国家的重要战略，美国商务部两次进行出口管制。作为创新2030重大科技项目，“脑科学与类脑研究”是我国的重要战略，而芯片是脑机智能的核心元件，是“卡脖子”的关键技术。基于侵入式电极的脑机接口可以提供高精度的神经信号，用于神经科学的研究和神经疾病的诊断。植入式电极感知微弱的神经信号，通过随后的神经记录设备进行处理。传统有线脑机接口仪器需要通过导线来实现植入设备的供电和数据传输，如图1所示，这限制了被测人或者动物的自由移动，并导致严重的工频干扰。
现有的商用无线脑机接口设备，如美国Blockrock公司的Cereplex系列，需要一个携带一个专用显示设备来实时展示神经信号波形，设备笨重、使用不方便，如图2所示。此外，现有无线设备中的核心芯片集成度低、功耗高，导致设备待机时间短、体积重量偏大。
浙江大学团队自主研发了一款低功耗脑机接口芯片（图3），并基于该芯片完成了一套无线蓝牙脑机接口“帽子”系统（图4）。通过蓝牙将动物脑内的神经信号无线传输到智能手机或平板电脑上，能够随时随地进行便携式测量。此外，基于核心芯片的低功耗和高集成度的设计，该设备比现有的无线设备待机时间长、体积小，不影响被测动物的自由活动。该设备使用35毫安时的纽扣电池，可实现对自由移动的大鼠进行连续3.5小时的无线神经记录，装置的尺寸仅仅28mm×21mm×5mm。基于自主研发的高集成度的芯片设计，该无线设备不含电池时重量为2.6克，含电池时重量为5.3克。此外，该设备支持蓝牙协议，能够与智能手机或平板电脑互联，不需要额外的显示设备，可以随时随地用手机开展实验。
项目团队用该设备在雄性Sprague-Dawley帕金森大鼠上进行动物实验。该设备包含标准的接口，在测试时可以即插即用。实验结果如图4所示，该设备可同时采集8个通道的神经信号，并无线传输到手机上进行实时显示。任意2个通道的神经信号都可以放大，使得显示的信号波形更加清晰。可以看到，在智能手机上显示了不同位置的神经活动，如M1、GPi和STN。该设备可以在15米范围内通过蓝牙实现无线传输。因此，在一个大型动物实验室中，可以通过手机切换到各种不同位置的动物。
与传统的脑机仪器相比，该无线脑机接口芯片系统有三个优势：首先，该设备重量轻、体积小，不影响小型动物的自由活动状态。第二，该设备支持蓝牙，可以将神经信号无线传输到手机、平板等设备，便于随时随地的开展实验。第三，与现有的商业产品（如美国Blockrock公司的Cereplex系列）相比，该设备待机时间更长、工作范围距离更远、尺寸更小，为神经科学研究人员提供了一个低成本的便携式实验工具。
项目团队长期致力于脑机芯片的研发，开发出了一系列高性能的芯片，测试结果达国际领先水平。近年来在集成电路顶级期刊和会议（ISSCC/JSSC/VLSI）发表多篇论文，在脑机芯片方面的主要标志性成果还包括：
1）Neural Dielet 1.0: 0.4mm3 神经颗粒芯片 (VLSI’2022)
体积仅0.4mm3，为美国加州大学伯克利分校Neural Dust系统尺寸的1/2，集成了2mm*2mm的片上天线、全无线、无电池、无晶振，如图5所示。提出一种非线性通信电路和时钟产生电路技术，实现了1.6cm的传输距离和53.2uW的超低功耗，成果发表于2022年集成电路领域的顶级会议VLSI。
2）Neural Dielet 2.0: 128通道微型无线无源脑机接口芯片（ISSCC’2023） 在微型芯片上实现了128个通道的神经记录和无线传输，如图6所示。在无电池的情况下无线传输的数据率高达20.16Mb/s，每比特能耗只有0.8pJ，并行记录的信号总带宽达640kHz，这几项指标国际领先，发表于2023年集成电路领域的奥林匹克ISSCC。
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