Chaque année, la médecine progresse et propose de nouveaux types de prothèses, d'organes artificiels et d'appareils électroniques implantés dans le corps humain. En conséquence, de plus en plus de personnes peuvent se permettre une "mise à niveau" électrique. Mais le principal problème de l'électronique implantable est de savoir comment fournir une alimentation électrique constante et stable aux appareils intégrés dans le corps?
Différentes options pour extraire l'énergie de l'environnement sont envisagées:
éléments piézoélectriques (vibration),
éléments thermoélectriques fonctionnant sur une différence de température (sur la chaleur du corps humain),
stimulateurs cardioélectriques et autres dispositifs ont déjà été testés sur des rats, des lapins et des porcs. Ces gadgets extraient la charge électrique du frottement (électricité statique). Des expériences sont en cours avec des appareils électroniques qui se nourrissent de
glucose du sang humain et d'acide lactique de la sueur .
En plus d'extraire l'énergie de l'environnement, diverses méthodes de transmission d'énergie sans fil sont envisagées. Le problème clé ici est de développer une méthode de transmission sûre garantie afin de ne pas endommager les tissus vivants qui se trouvent entre le récepteur et l'émetteur.
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), en collaboration avec des collègues du Brigham and Women's Hospital, ont mis au point un
nouveau système de transfert d'énergie sûr sur les ondes radio qui traversent les tissus humains en toute sécurité. Dans les tests sur les animaux, les chercheurs ont prouvé que cette méthode convient pour alimenter des appareils situés à une profondeur de 10 centimètres dans les tissus à une distance de 1 mètre. Et si les capteurs sont situés près de la peau, l'énergie peut être transmise en toute sécurité à une distance pouvant atteindre 38 mètres.
Ce sont des caractéristiques tout à fait acceptables auxquelles la plupart des implants humains correspondent, y compris les stimulateurs cardiaques, les implants cérébraux pour stimuler certaines parties du cerveau avec des impulsions lumineuses ou électriques, ainsi que des comprimés pour contenants «intelligents» qui libèrent le médicament lorsqu'ils atteignent la zone affectée.
Jusqu'à présent, les scientifiques ne pouvaient pas offrir un système d'alimentation sans fil efficace et sans danger pour les tissus vivants. Le fait est que les ondes radio sont généralement absorbées par les tissus corporels, de sorte que seule une petite partie atteint le dispositif final. Un émetteur puissant est nécessaire et les tissus sont détruits à haute énergie.
Pour résoudre le problème, les chercheurs ont développé le système «In Vivo Networking» (IVN). Il s'agit d'un réseau d'antennes qui émet des ondes radio à des fréquences légèrement différentes. À mesure que les ondes radio se propagent, elles se chevauchent et se combinent de diverses manières. À certains points, la résonance est atteinte et le seuil d'énergie est dépassé, jusqu'à ce qu'il y ait de l'énergie qui monte à un niveau suffisant pour alimenter le capteur implanté.
Avec le nouveau système, il n'est pas nécessaire de connaître la position exacte des capteurs dans le corps, car l'énergie est transmise à une vaste zone. Cela signifie également que vous pouvez alimenter
plusieurs appareils en même temps. Les capteurs recevant une impulsion puissante peuvent transmettre des informations à l'antenne selon le principe RFID.
«Bien que ces minuscules dispositifs implantables n'aient pas de piles, nous pouvons désormais communiquer avec eux à distance. Cela ouvre de nouveaux types d'applications médicales, explique Fadel Adib, professeur agrégé au Mass Lab du Massachusetts Institute of Technology et auteur principal d'un article scientifique qui sera présenté à la conférence SIGCOMM (Association for Computing Machinery Special Interest Group on Data Communication) en août 2018. années.
Le transfert d'énergie sans fil peut réduire considérablement la taille des appareils: dans des expériences, Media Lab a testé un implant de la taille d'environ un grain de riz. Et ce n'est pas la limite: les chercheurs pensent que la taille peut encore être réduite.
Le système a été développé en collaboration avec le personnel de laboratoire du Brigham and Women's Hospital, qui travaille actuellement sur différents types de comprimés intelligents pour l'administration de médicaments, prenant divers paramètres biologiques et surveillant le tractus gastro-intestinal.
La médecine utilise déjà des électrodes implantables pour la stimulation cérébrale profonde (DBS). Développée à l'origine pour guérir les crampes dont souffrent les patients atteints de la maladie de Parkinson, cette méthode est devenue pour de nombreux chercheurs un moyen potentiellement révolutionnaire de traiter diverses maladies mentales.
En plus de la stimulation électrique, les implants cérébraux sans fil effectuent une stimulation optique pour stimuler ou inhiber l'activité de certains groupes de neurones. Bien que cette technique ne soit pas utilisée chez l'homme, elle est considérée comme très prometteuse pour le traitement de nombreux troubles neurologiques. Actuellement, les implants cérébraux sont contrôlés par un appareil tel qu'un stimulateur cardiaque, qui est implanté sous la peau. Mais lorsque vous utilisez une alimentation sans fil, vous pouvez utiliser un circuit plus confortable.
À l'avenir, de puissants répéteurs pourront transférer de l'énergie aux implants cérébraux de groupes entiers de personnes, ce qui est très pratique.