Cada año, la medicina avanza y ofrece nuevos tipos de prótesis, órganos artificiales y dispositivos electrónicos que se implantan en el cuerpo humano. En consecuencia, cada vez más personas pueden pagar una "actualización" eléctrica. Pero el principal problema de la electrónica implantable es cómo proporcionar una fuente de alimentación constante y estable a los dispositivos integrados en el cuerpo.
Se consideran varias opciones para extraer energía del medio ambiente:
elementos piezoeléctricos (vibración),
elementos termoeléctricos que funcionan con una diferencia de temperatura (en el calor del cuerpo humano),
marcapasos triboeléctricos y otros dispositivos que ya se han probado en ratas, conejos y cerdos. Estos dispositivos extraen la carga eléctrica de la fricción (electricidad estática). Se están realizando experimentos con dispositivos electrónicos que se alimentan de
glucosa de la sangre humana y ácido láctico del sudor .
Además de extraer energía del medio ambiente, se contemplan varios métodos para transmitir energía de forma inalámbrica. El problema clave aquí es desarrollar un método de transmisión seguro garantizado para no dañar los tejidos del cuerpo vivo que se encuentran entre el receptor y el transmisor.
Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), junto con colegas del Hospital Brigham and Women's, han desarrollado un
nuevo sistema para la transferencia segura de energía en ondas de radio que pasan de manera segura a través de los tejidos humanos. En pruebas con animales, los investigadores han demostrado que este método es adecuado para alimentar dispositivos ubicados a una profundidad de 10 centímetros en el tejido desde una distancia de 1 metro. Y si los sensores están ubicados cerca de la piel, la energía se puede transmitir de forma segura desde una distancia de hasta 38 metros.
Estas son características bastante aceptables a las que corresponden la mayoría de los implantes humanos, incluidos marcapasos, implantes cerebrales para estimular ciertas partes del cerebro con pulsos de luz o eléctricos, así como tabletas de contenedores "inteligentes" que liberan el medicamento cuando llegan al área afectada.
Hasta ahora, los científicos no podían ofrecer un sistema de energía inalámbrico efectivo que sea seguro para los tejidos vivos. El hecho es que las ondas de radio generalmente son absorbidas por los tejidos del cuerpo, por lo que solo una pequeña parte llega al dispositivo final. Se requiere un transmisor potente y el tejido se destruye a altas energías.
Para resolver el problema, los investigadores desarrollaron el sistema "In Vivo Networking" (IVN). Este es un conjunto de antenas que emite ondas de radio a frecuencias ligeramente diferentes. A medida que las ondas de radio se propagan, se superponen y combinan de varias maneras. En ciertos puntos, se alcanza la resonancia y se supera el umbral de energía, hasta que haya energía que se eleve a un nivel suficiente para alimentar el sensor implantado.
Con el nuevo sistema, no es necesario conocer la posición exacta de los sensores en el cuerpo, ya que la energía se transmite a un área extensa. También significa que puede alimentar
múltiples dispositivos al mismo tiempo. Los sensores que reciben un impulso poderoso pueden transmitir información a la antena de acuerdo con el principio RFID.
“Aunque estos pequeños dispositivos implantables no tienen baterías, ahora podemos comunicarnos con ellos desde la distancia. Esto abre nuevos tipos de aplicaciones médicas completamente nuevas, dice Fadel Adib, profesor asociado en el Mass Lab del Instituto de Tecnología de Massachusetts y autor principal de un artículo científico que se presentará en la conferencia de la Asociación para el Grupo de interés especial sobre comunicación de datos (SIGCOMM) en agosto de 2018. años
La transferencia de energía inalámbrica puede reducir significativamente el tamaño de los dispositivos: en experimentos, Media Lab probó un implante del tamaño de un grano de arroz. Y este no es el límite: los investigadores creen que el tamaño puede reducirse aún más.
El sistema fue desarrollado en colaboración con el personal del laboratorio en el Hospital Brigham and Women's, que actualmente está trabajando en varios tipos de tabletas inteligentes para la administración de medicamentos, tomando varios parámetros biológicos y monitoreando el tracto gastrointestinal.
La medicina ya usa electrodos implantables para la estimulación cerebral profunda (DBS). Desarrollado originalmente para curar los calambres que sufren los pacientes con enfermedad de Parkinson, para muchos investigadores, este método se ha convertido en una forma potencialmente revolucionaria de tratar diversas enfermedades mentales.
Además de la estimulación eléctrica, los implantes cerebrales inalámbricos realizan estimulación óptica para estimular o inhibir la actividad de ciertos grupos de neuronas. Si bien esta técnica no se usa en humanos, se considera muy prometedora para el tratamiento de muchos trastornos neurológicos. Actualmente, los implantes cerebrales están controlados por un dispositivo como un marcapasos, que se implanta debajo de la piel. Pero cuando usa energía inalámbrica, puede usar un circuito más cómodo.
En el futuro, los repetidores potentes podrán transferir energía a los implantes cerebrales de grupos enteros de personas, lo cual es muy conveniente.