Todos os anos, a medicina está avançando - e oferece novos tipos de próteses, órgãos artificiais e dispositivos eletrônicos implantados no corpo humano. Por conseguinte, mais e mais pessoas podem pagar por "upgrade" elétrico. Mas o principal problema da eletrônica implantável é como fornecer uma fonte de alimentação constante e estável aos dispositivos embutidos no corpo?
Várias opções para extrair energia do meio ambiente são consideradas:
elementos piezoelétricos (vibração),
elementos termoelétricos operando com uma diferença de temperatura (no calor do corpo humano),
marcapassos triboelétricos e outros dispositivos já foram testados em ratos, coelhos e porcos. Esses aparelhos extraem a carga elétrica do atrito (eletricidade estática). Experimentos estão em andamento com eletrônicos que se alimentam de
glicose do sangue humano e ácido lático do suor .
Além de extrair energia do meio ambiente, vários métodos de transferência de energia sem fio são considerados. O principal problema aqui é desenvolver um método de transmissão segura garantida para não danificar os tecidos do corpo vivo que estão entre o receptor e o transmissor.
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), juntamente com colegas do Hospital Brigham e da Mulher, desenvolveram um
novo sistema para a transferência segura de energia em ondas de rádio que passam com segurança pelos tecidos humanos. Em testes em animais, os pesquisadores provaram que esse método é adequado para alimentar dispositivos localizados a uma profundidade de 10 centímetros de tecido a uma distância de 1 metro. E se os sensores estiverem localizados perto da pele, a energia poderá ser transmitida com segurança a uma distância de até 38 metros.
Essas são características bastante aceitáveis às quais a maioria dos implantes humanos corresponde, incluindo marca-passos, implantes cerebrais para estimular certas partes do cérebro com pulsos elétricos ou leves, bem como comprimidos "inteligentes" que liberam o medicamento quando atingem a área afetada.
Até agora, os cientistas não podiam oferecer um sistema de energia sem fio eficaz e seguro para tecidos vivos. O fato é que as ondas de rádio são geralmente absorvidas pelos tecidos do corpo, de modo que apenas uma pequena parte chega ao dispositivo final. É necessário um transmissor poderoso e o tecido é destruído com altas energias.
Para resolver o problema, os pesquisadores desenvolveram o sistema “In Vivo Networking” (IVN). Este é um conjunto de antenas que emite ondas de rádio em frequências ligeiramente diferentes. À medida que as ondas de rádio se propagam, elas se sobrepõem e se combinam de várias maneiras. Em certos pontos, a ressonância é alcançada e o limiar de energia é superado, até que exista energia que suba a um nível suficiente para alimentar o sensor implantado.
Com o novo sistema, não é necessário saber a posição exata dos sensores no corpo, pois a energia é transmitida para uma vasta área. Isso também significa que você pode alimentar
vários dispositivos ao mesmo tempo. Os sensores que recebem um impulso poderoso podem retransmitir as informações para a antena de acordo com o princípio RFID.
“Embora esses minúsculos dispositivos implantáveis não possuam baterias, agora podemos nos comunicar com eles à distância. Isso abre novos tipos de aplicações médicas, diz Fadel Adib, professor associado do Mass Lab do Massachusetts Institute of Technology e autor principal de um artigo científico a ser apresentado na conferência da Associação de Computadores de Máquinas e Grupos de Interesse Especial em Comunicação de Dados (SIGCOMM) em agosto de 2018. anos.
A transferência de energia sem fio pode reduzir significativamente o tamanho dos dispositivos: em experimentos, o Media Lab testou um implante do tamanho de um grão de arroz. E esse não é o limite: os pesquisadores acreditam que o tamanho pode ser reduzido ainda mais.
O sistema foi desenvolvido em colaboração com a equipe do laboratório do Hospital Brigham and Women, que atualmente trabalha em vários tipos de comprimidos inteligentes para a administração de medicamentos, tomando vários parâmetros biológicos e monitorando o trato gastrointestinal.
A medicina já utiliza eletrodos implantáveis para estimulação cerebral profunda (DBS). Originalmente desenvolvido para curar as cãibras sofridas pelos pacientes com doença de Parkinson, para muitos pesquisadores, esse método se tornou uma maneira potencialmente revolucionária de tratar várias doenças mentais.
Além da estimulação elétrica, os implantes cerebrais sem fio realizam estimulação óptica para estimular ou inibir a atividade de certos grupos de neurônios. Embora essa técnica não seja usada em humanos, é considerada muito promissora para o tratamento de muitos distúrbios neurológicos. Atualmente, os implantes cerebrais são controlados por um dispositivo, como um marcapasso, que é implantado sob a pele. Mas ao usar energia sem fio, você pode usar um circuito mais confortável.
No futuro, repetidores poderosos poderão transferir energia para implantes cerebrais de grupos inteiros de pessoas, o que é muito conveniente.