信息学院傅旻帆课题组在脑机接口快充方面取得突破

脑机接口（Brain Computer Interface, BCI）作为连接生物智能与人工智能的关键桥梁，已成为全球科技竞争的战略高地。植入式BCI能够直接从皮层神经元采集动作电位和局部场电位，在信噪比、时空分辨率及信号带宽方面具有非侵入式技术无法比拟的优势。BCI通道数预计在未来五年内将达到万级规模，神经数据量激增将导致植入设备功耗显著上升。感应式无线电能传输因效率较高、可扩展性较强，成为脑机接口设备无线供能的重要技术路线。然而，植入体常用的钛合金封装在高频工作条件下容易产生涡流损耗并引发温升，严重限制系统充电功率。针对这一问题，上海科技大学信息科学与技术学院傅旻帆团队与临港实验室合作开展研究，提出了一套面向植入式脑机接口无线供电系统的损耗分析与热优化方法，并研制了一款针对256通道BCI的无线充电样机。

图1：无线快充已成为植入式脑机接口的刚需

研究团队结合实际植入式脑机接口场景，对接收端损耗来源进行分析。结果表明，在目标输出条件下，接收端主要热源来钛壳中的涡流损耗。基于此，团队进一步建立了涡流损耗模型，从发射端电流和接收端电流解耦的角度分析金属外壳中的总损耗，并提出了便于损耗分析、比较与测量的识别方法，为后续优化提供了理论依据。

基于该方法，团队开发了针对256通道的脑机接口充电系统，在700 mW接收功率下将钛壳温升控制在2°C以内，满足ISO14708-1医疗安全标准，在同等温升约束下较行业竞品功率提升4倍，并于2025年通过动物植入实验，验证了工程可行性（图2）。通过本次合作，上科大与临港实验室建立完整的脑机接口充电系统开发链条，在法规解读、原理验证、壳体封装、电路实现、样机制备、系统联调、外部送检、植入实验等环节积累了丰富经验，确保技术成果能够快速转化。

图2：系统性能

相关成果以“Loss Analysis and Heat Optimization for a 700-mW Inductive Power Transfer System for Implanted Brain-computer Interface”为题发表于IEEE Transactions on Power Electronics。上科大信息学院2024级博士生姚思逸（与临港实验室联合培养）为第一作者，2023级信院本科生林希远为共同第一作者，傅旻帆教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位，临港实验室为共同完成单位。