行业领域

生物与新医药技术,医疗仪器技术、设备与医学专用软件

需求背景

近年来，非侵入式脑机接口技术因无创、便捷的优势，在神经疾病康复（如脑卒中后运动功能恢复）、认知科学研究、人机交互等领域需求激增，其中小型无线蓝牙脑机接口“帽子” 是核心应用载体。但当前行业面临两大无线传输瓶颈，严重制约产品落地：一是传输距离短，现有商用设备（如Blackrock Cereplex）需搭配专用显示器，无线传输距离多≤1m，无法满足临床病房远程监测、科研场景多人同步实验等需求；二是商用设备兼容性差，多基于私有通信协议，仅适配特定终端，难以对接安卓、iOS 移动端及主流 PC 系统，限制用户使用场景。

目前国内外解决方案存在明显短板：国外设备虽稳定性强，但传输距离短、兼容性差且价格高昂；国内产品虽尝试优化天线设计，却因功耗与体积矛盾，导致续航缩短至 8 小时、重量超 40g，且仅支持单平台数据接收。据科技查新，尚未有同时满足“传输距离≥15m、兼容多商用终端、功耗≤3mW、重量≤30g” 的无线脑机接口 “帽子” 产品。因此，研发远距离、商用设备兼容的无线信号传输技术，对推动非侵入式脑机接口产业化、提升我国高端医疗器械竞争力具有关键意义，也符合国家生物医药产业创新发展战略。

需解决的主要技术难题

本研发项目旨在突破小型无线蓝牙脑机接口 “帽子” 的无线传输瓶颈，需重点解决以下技术难题：

1. 小型化高增益天线设计难题：如何研发尺寸≤10mm×10mm×2mm 的内置天线，采用波束赋形技术提升信号增益（≥5dBi），在保证 “帽子” 重量≤30g 的前提下，实现 15m 以上远距离传输，同时避免天线与人体头部的电磁干扰；

2. 低功耗蓝牙协议优化难题：如何基于 BLE 5.3 协议栈进行轻量化改造，去除冗余通信模块，在传输速率≥1Mbps 的同时，将无线模块功耗降低至 3mW 以下，避免因功耗过高缩短设备续航（需≥20 小时）；

3. 多商用设备兼容难题：如何开发跨平台通信适配层，实现与安卓（Android 10.0 及以上）、iOS（iOS 14.0 及以上）移动端及 Windows 10、macOS 12 PC 端的无缝对接，支持神经信号实时读取（传输延迟≤50ms）与历史数据回溯；

4. 传输稳定性保障难题：如何设计自适应抗干扰算法，在复杂电磁环境（如医院多设备同时工作）下，通过动态调整通信频率（2.4GHz±2MHz）与发射功率，将传输误码率控制在 10⁻⁶以内，确保神经信号采集的连续性；

5. 系统集成适配难题：如何优化无线传输模块与 “帽子” 内置神经采集芯片的硬件接口，实现信号采集 - 传输链路的协同工作，避免模块间信号串扰导致的信噪比下降（需保持信噪比≥35dB）。

期望实现的主要技术目标

a. 无线传输性能：传输距离≥15m（空旷环境），传输速率≥1Mbps，传输延迟≤50ms，误码率≤10⁻⁶；

b. 天线性能：内置天线尺寸≤10mm×10mm×2mm，增益≥5dBi，重量≤2g，与人体头部电磁辐射量≤0.01W/kg（符合 GB8702-2014 标准）；

c. 功耗与续航：无线模块工作功耗≤3mW，“帽子” 设备单次充电续航≥20 小时；

d. 商用设备兼容性：支持安卓 10.0+、iOS 14.0 + 移动端，Windows 10+、macOS 12+ PC 端，支持同时连接 2 台终端设备；

e. “帽子” 整体性能：重量≤30g，佩戴适配头围 54~62cm，工作温度范围 - 10℃~40℃；

f. 信号质量：神经信号采集信噪比≥35dB，支持 8 通道同步传输，通道间串扰≤-60dB；

g. 易用性：上位机软件支持信号实时波形显示、数据导出（格式兼容 MATLAB、Python）及异常信号报警功能。