一次为人体所有电子设备开发了无线电源系统



每年,医学都在向前发展-并提供植入人体的新型假体,人造器官和电子设备。 因此,越来越多的人负担得起电的“升级”。 但是植入式电子设备的主要问题是如何为内置在体内的设备提供恒定且稳定的电源?

考虑了从环境中提取能量的各种选择压电元件 (振动),根据温差(根据人体的热量)工作的热电元件 ,摩擦起搏器以及其他设备已经在大鼠,兔子和猪上进行了测试。 这些小工具从摩擦(静电)中提取电荷。 电子装置的实验正在进行,电子装置可以吸收人体血液中的葡萄糖和汗液中的乳酸

除了从环境中提取能量之外,还考虑了各种无线传输能量的方法。 这里的关键问题是开发一种有保证的安全传输方法,以免损坏接收器和发送器之间的活体组织。

麻省理工学院(MIT)的研究人员与布里格姆妇女医院的同事一起,开发了一种新系统,用于安全地通过人体组织的无线电波安全地传输能量。 在动物实验中,研究人员证明该方法适用于为位于1米距离内组织中10厘米深度的设备供电。 而且,如果传感器靠近皮肤放置,则可以从38米的距离安全地传输能量。

这些是大多数人类植入物所对应的可接受的特征,包括起搏器,通过光或电脉冲刺激大脑某些部位的脑部植入物,以及在到达患病区域时释放药物的“智能”容器片剂。

到目前为止,科学家们还没有提供一种对生物组织安全的有效无线电源系统。 事实是,无线电波通常被人体组织吸收,因此只有一小部分到达最终设备。 需要强大的发射器,高能量会破坏组织。

为了解决该问题,研究人员开发了“体内联网”(IVN)系统。 这是一个发射频率稍有不同的无线电波的天线阵列。 随着无线电波的传播,它们会重叠并以各种方式合并。 在某些点,达到共振并克服能量阈值,直到能量上升到足以为植入的传感器供电的水平。

使用新系统,由于能量被传输到广阔的区域,因此无需知道传感器在人体中的确切位置。 这也意味着您可以同时为多个设备供电。 受到强大脉冲的传感器可以根据RFID原理将信息中继回天线。

“尽管这些微型植入式设备没有电池,但我们现在可以远距离与它们通信。 麻省理工学院质量实验室副教授,科学论文的主要作者Fadel Adib说,这开辟了全新的医学应用类型,该论文将在2018年8月举行的计算机协会数据通信特别兴趣小组(SIGCOMM)会议上发表。年。

无线能量传输可以显着减小设备的尺寸:在实验中,Media Lab测试了大约一米粒大小的植入物。 这不是极限:研究人员认为,尺寸可以进一步减小。

该系统是与布莱根妇女医院的实验室工作人员合作开发的,该实验室目前正在研究各种类型的用于药物输送的智能平板电脑,具有各种生物学参数并监测胃肠道。

医学已经使用可植入电极进行深部脑刺激(DBS)。 最初被开发用来治疗帕金森氏病患者的抽筋,对于许多研究人员而言,这种方法已成为治疗各种精神疾病的潜在革命性方法。


除了电刺激之外,无线脑植入物还进行光刺激以刺激或抑制某些神经元组的活动。 尽管该技术未在人类中使用,但它被认为在治疗许多神经系统疾病方面非常有前途。 当前,脑植入物由诸如起搏器的装置控制,该装置被植入皮肤下。 但是当使用无线电源时,您可以使用更舒适的电路。

将来,强大的中继器将能够将能量转移到整个人群的大脑植入物中,这非常方便。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN413745/


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