Будущее имплантируемых устройств развивается, и все больше желающих использовать беспроводные технологии для их питания. Медицинские имплантаты, от кардиостимуляторов до инсулиновых помп, нуждаются в надежном источнике питания. Однако разработка эффективных беспроводных систем питания сопряжена со значительными технологическими препятствиями.
Ученые из Университета штата Пенсильвания разработали принципиально новое беспроводное зарядное устройство, которое может питать медицинские имплантаты. Это первое в своем роде устройство может эффективно собирать энергию одновременно от магнитных полей и ультразвука.
реклама«Наше устройство может открыть биомедицинские приложения нового поколения, поскольку оно способно генерировать на 300% больше энергии, чем современные устройства. Сочетание двух источников энергии в одном генераторе позволяет значительно повысить мощность, вырабатываемую устройством при заданном объеме, что может открыть множество областей применения, которые раньше были невозможны», - сказал профессор-исследователь из Университета штата Пенсильвания и соавтор исследования Бед Пудель.
Технология беспроводной зарядки открывает возможности для создания крошечных биоэлектронных устройств миллиметрового размера, не требующих батареек. Традиционные имплантаты, такие как кардиостимуляторы, часто питаются от батареек и заряжаются через провода, что создает такие проблемы, как ограниченный срок службы и необходимость хирургической замены. В некоторых случаях это может привести к нежелательной инфекции или медицинским последствиям. Новая технология беспроводной зарядки может увеличить срок службы имплантатов, снизив при этом хирургические риски.
Со слов ученых, проблема в том, что по мере того, как вы делаете эти имплантаты менее инвазивными, делая их все меньше и меньше, эффективность беспроводной зарядки становится намного ниже. Чтобы решить эту проблему, необходимо увеличить мощность. Но проблема в том, что высокочастотные электромагнитные волны могут быть вредны для организма. Магнитное поле и ультразвук часто работают на более низких частотах и могут быть использованы для беспроводной зарядки имплантатов.
В устройствах используется сложный двухступенчатый процесс преобразования энергии магнитного поля в электричество. Первый слой, магнитострикционный, играет решающую роль, преобразуя магнитное поле в напряжение. Одновременно второй слой, пьезоэлектрический, преобразует это напряжение или вибрации в электрическое поле. Этот комбинированный механизм позволяет устройству превращать энергию магнитного поля в электрический ток. Кроме того, пьезоэлектрический слой обладает двойной способностью. Помимо преобразования напряжения в электрическое поле, он может одновременно преобразовывать энергию ультразвука в электрический ток.
Эта новая особенность повышает адаптивность устройства, позволяя ему использовать источники энергии магнитного поля и ультразвука с большой эффективностью и результативностью.
В пресс-релизе сообщается о том, что теперь ученые могут объединить две модальности в одном приемнике. Это может превзойти любой из отдельных методов, потому что теперь у них есть два источника энергии. Ученые могут увеличить мощность в четыре раза, что очень важно. Помимо применения в медицине, эта технология может быть использована для питания беспроводных сенсорных сетей в «умных зданиях».
