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※每週之星※ 新一代智慧電子人工呼吸器

 

鄭桂忠教授 / 國立清華大學電機工程學系

 

Work Experiences

² 2011.08~now: Associate professor, Department of Electrical Engineering, National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan.

² 2010.01~2012.12: Distinguished Research Fellow/Consultant, Material and Chemical Research Laboratories, Industrial Technology Research Institute of Taiwan

² 2006.08~2011.07: Assistant professor, Department of Electrical Engineering, National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan.

² 2006.04~now: Consultant, Second Sight Medical Products, Inc., Sylmar, CA, USA.

² 2001.08~2006.04: Senior electrical engineer, Implant department, Second Sight Medical Products, Inc., Sylmar, CA, USA.

² 1997.02~2001.06: Research assistant, Department of Electrical Engineering, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA.

 

專長學科

聯絡方式

類比/混合信號積體電路設計
Analog/Mixed mode IC Design

仿生系統晶片設計
Neuromorphic SoC Design  

生醫系統晶片設計
Biomedical SoC Design

 

新竹市光復路二段101

國立清華大學台達館R812

kttang@ee.nthu.edu.tw

TEL: 03-5162178

Fax: 03-5715971

團隊介紹

    隨著科技的蓬勃發展,各項產業充滿著無限的創意與驚人的延展力。在競爭激烈與市場飽和的壓力下,跨領域的合作儼然已成為最新的突圍趨勢,其中日益精進的IC半導體領域,與生物科技產業的結合勢必為市場的未來趨勢之一。由鄭桂忠教授指導的 NBME ( Neuromorphic and Biomedical Engineering Lab ) 實驗室致力於電子資訊與生命科學的結合,目前研究的方向以類比/混合信號積體電路設計為基礎,著重仿生系統晶片設計的開發與拓展,如仿生產品—電子鼻,可用於偵測空氣中的氣體分子以達到偵測與監控的目的,其所帶來的環保等相關效益將使人類的生活品質有所改善;在生醫系統晶片設計方面,將電路設計應用於神經刺激,如人工視網膜晶片與深層腦部刺激,期許對醫療上目前尚未解決的一些問題找出可行之解決方案。

 

 

研究方向

 

Ø 類比/混合信號積體電路設計 (Analog/Mixed mode IC Design)

² Low-power low-voltage ADC design

² Low signal level (voltage/current/charge) sense amplifier

² Wireless power and data transmission

² High voltage neuron stimulator

Ø 仿生系統晶片設計 (Neuromorphic SoC Design)

² eNose (電子鼻)

² Silicon Retina (矽視網膜)

² Silicon Cochlea (矽耳蝸)

² Spiking Neural Network (突波神經網路)

² Expandable Learning Chip (可擴展的學習晶片)

Ø  生醫系統晶片設計 (Biomedical SoC Design)

² Retinal Prosthesis (人工視網膜晶片)

² Deep Brain Stimulation

 

 

重點技術

仿生嗅覺系統 Biomimetic Olfaction System

1. E-Nose System-on-Chip

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電子鼻整合晶片,利用TSMC 0.18μm CMOS製程。其概念利用標準製程上層金屬層完成指叉電極,並滴定感測材料;再利用下層金屬層連接電路,其概念充分利用CMOS標準製程和晶片面積,且不需藉助晶片後製程即可完成。

 

1-1. Portable Prototype

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將電子鼻系統晶片、燒錄有氣體資料庫的快閃記憶體以及其周邊電路皆整合於一塊PCB上,由一顆電池供電,雛型裝置除了PCB外,還包含了馬達,LCD顯示辨識結果。

衍生應用: [1]腐敗魚肉檢測  [2]假酒測試

 

 

1-2. Miniaturized Sensors and Interface

微小化的感測器和其特殊應用介面電路(ASIC)可進一步縮小電子鼻的體積和功耗;目前發展主要根據應用而分為二類:

(1)電阻式: 低成本,高晶片相容性; (2)頻率式: 低濃度氣體偵測

 

微小化電阻式感測器 (化學系合作開發)

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電阻式介面電路

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頻率式感測器 (奈微所合作開發)

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頻率式介面電路

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2. Biomedical Application

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台灣每天都有上千人被送進加護病房。病人在加護病房內插管和使用呼吸器,易受到感染而引發肺炎,導致敗血症、休克甚至是心肺衰竭而死亡。根據醫生的經驗,先給予抗生素的治療。等細菌培養報告出來,如果判斷細菌種類錯誤再改投藥,很容易錯過病人的黃金治療時間。本技術在臨床觀察方面,抽取病患的痰液以進行細菌培養,以建立呼出氣體與不同菌種的對應關係;在工程方面,以感測器、信號處理、演算法、系統晶片整合等為目標,設計、開發、並整合一個低電壓、低功耗、具辨識功能的電子鼻系統晶片。最後將電子鼻系統晶片與呼吸器的吐氣端管路結合,應用於實際臨床實驗,以早期預測甚至進一步同步診斷其罹患肺炎以及菌種。

 

Signal Pre-Processing E-nose ASIC

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電子鼻前端處理晶片

² 積體化感測器陣列 (On-Chip Integrated Sensor Array)

² 適應性感測器介面電路 (Adaptive Sensor Interface)

² 低功率類比/數位轉換器 (Low-Power ADC)

² 數位演算電路 CRBM

 

 

團隊近年執行之計畫

NPIE 智慧電子國家型計畫

以電子鼻系統晶片早期預測及同步診斷使用人工呼吸器病患的肺炎菌種–

總計畫:以電子鼻系統晶片早期預測及同步診斷使用人工呼吸器病患的肺炎菌種

2011/05/01 ~ 2014/07/31

以電子鼻系統晶片早期預測及同步診斷使用人工呼吸器病患的肺炎菌種–

子計畫二:與CMOS製程相容的氣體感測器與低功耗可適應性介面電路研究  與開發

2011/05/01 ~ 2014/07/31

次世代智慧型加護病房照護系統–

子計畫二:應用於智慧型ICU生醫感測系統之類比前端電路

2011/05/01 ~ 2014/07/31

國科會計畫

以創新科技研究日常生活的環境測試中平衡障礙之特性:將應用於巴金森病–

子計畫二:無線可攜式多功能電生理實驗平台

2013/01/01~2015/12/31

污染源周邊空氣品質監測及應變分析系統研發

2009/11/01 ~ 2012/10/31

電子鼻系統晶片中之感測器研發與積體化以及其介面電路之研究(I)

2010/08/01 ~ 2011/07/31

可檢測魚肉腐敗的電子鼻系統晶片

--- NSoC 嵌入式軟體專案計畫 – 績優計畫獎

2007/11/01 ~ 2010/10/31

中科院計畫

離子遷移光譜氣體偵測技術研究

2013/01/01~ 2013/11/30

離子漂移圖譜氣體分析技術

2012/01/01~2012/12/31

氣體吸附特性辨識晶片開發

2011/01/13 ~ 2011/12/31

氣體吸附特性辨識晶片開發

2010/01/15~2011/12/31

 

 

團隊已申請/獲證專利

專利技術名稱

國別

公開/公告日期

公開/公告號

可早期偵測及辨識肺炎菌種之呼吸器、其氣體辨識晶片、及其氣體辨識方法

台灣

中國

美國

2012/02/01

2012/03/05

2012/04/27

101103310

201210067193.3

13/458533

一種氣體感測裝置及其方法

台灣

美國

德國

英國

2009/05/13

2009/08/11

2010/05/12

2010/05/11

098115867

12/461400

10 2010 020 226.6

1007901.0

 

 


團隊近一年榮譽

得獎名稱

頒獎單位

得獎日期

 

Student and Young Investigator Society (SYIS) award, first prize

International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN)

2013/07/04

 

實作專題競賽第一名/海報人氣獎第三名

清大電機系

2013/02/20

 

口頭論文優等獎

生物醫學工程科技研討會暨國科會醫學工程學門成果發表會

2012/11/18

 

2012第九屆國家新創獎-學術研究組

題目:新一代智慧電子人工呼吸器-可早期偵測及同步診斷使用人工呼吸器病患的肺炎菌種

社團法人國家生技醫療產業策進會

2012/10/31

 

傑出年輕學者獎

臺灣積體電路設計學會

2012/08/08

 

傑出論文獎

台灣化學感測器科技協會

2012/05/19

 

 

 

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