Будущее медицины: запатентована система передачи энергии без проводов

Ученые разработали методику зарядки этих систем энергией без использования проводов

Мобильные телефоны и карманные фонарики без проблем работают на батарейках. Однако из-за ограниченного срока службы батарейки не могут применяться в качестве элемента питания для медицинских приборов испытательной техники, таких как имплантаты и датчики. В настоящее время ученые разработали методику зарядки этих систем энергией без использования проводов.

Вот уже более 50 лет кардиостимуляторы задают ритм множеству сердец. Технология создания микроэлектронных имплантатов с тех пор сделала большой скачок вперед: они стали намного меньше и сложнее технологически. Сегодня многие уверены – будущее за миниатюрными «умными» системами, которые будут также выполнять терапевтические и диагностические функции. К примеру, в будущем имплантируемые сенсоры будут измерять уровень глюкозы, кровяное давление и уровень кислорода в опухолевой ткани, передавая данные о пациенте с помощью телеметрической аппаратуры. Между тем системы дозирования медпрепаратов и инфузионные дозаторы смогут целевым образом доставлять нужные дозы лекарств в организм, облегчая побочные эффекты.

Технология, которую можно носить на поясе

Все эти приборы состоят из датчиков, источников сигналов, блоков обработки сигналов и электронных блоков управления - и в этом также кроется проблема: их надо обеспечивать током. Батареи обычно не используются из-за своего ограниченного срока службы – ведь имплантаты остаются в теле человека на протяжении многих лет.

В настоящее время чаще всего используются радиочастотная (HF) и индуктивная системы. Однако они показывают разный уровень эффективности в зависимости от местонахождения, положения и движений, а также часто имеют ограниченный диапазон. Скоро с недостатками всех этих способов должна будет справиться новая система передачи энергии. Исследователи в Институте Фраунгофера преуспели в создании беспроводной передачи энергии от переносного передатчика на переносной генератор – ресивер.

«Передатчик цилиндрической формы настолько маленький и компактный, что его можно прикрепить к поясу», - утверждает Доктор Хольгер Лауш, ученый из института. Передатчик обеспечивает силу тока более 100 милливатт и имеет дальность передачи около 50 сантиметров. В результате приёмник можно использовать почти на любом участке тела.

«При помощи нашего портативного устройства мы можем обеспечивать имплантаты, системы дозирования медикаментов и другие медицинские приборы энергией без прямого контакта, например проглатываемые эндоскопические капсулы, которые движутся по желудочно-кишечному тракту и передают изображения внутренних органов человеческого тела», - говорит Лауш. Местонахождение и положение приемника можно проследить в любое время – независимо от того, получает ли он энергию. Поэтому, если генератор находится внутри видеоэндоскопической капсулы, полученные изображения могут быть соотнесены с определенным участком желудочно-кишечного тракта. Если генератор помещен в дозирующую капсулу, то активный ингредиент медпрепарата может направляться по конкретному целевому назначению.

Энергия может проходить сквозь все немагнитные материалы

Как же работает эта новая, уже запатентованная система? В передатчике есть вращающийся магнит, управляемый бесколлекторным двигателем постоянного тока, который создает магнитное вращающееся поле. Магнитный шарик в ресивере соединяется с переменным внешним магнитным полем и в результате сам начинает вращаться. Вращательное движение преобразовывается в электричество. Таким образом, энергия вырабатывается прямо в генераторе. «С помощью магнитного соединения энергия может передаваться через все немагнитные материалы, такие как биологические ткани, кости, органы, вода, пластик и даже через многие виды металлов. Более того, продуцируемое магнитное поле не имеет негативного воздействия на человека. Оно даже не нагревает ткань», - говорит Лауш, подчеркивая преимущества этой системы.

Так как эти модули, доступные в качестве опытных образцов, варьируются по зоне действия, размерам и производительности, они могут использоваться не только в медицинских приборах. Они могут поставлять энергию в герметически изолированные сенсоры, например такие, которые используются внутри стен и кирпичей. Они подходят для использования в машиностроении, производстве оборудования и строительстве. Другие возможные сферы применения – зарядка энергонакопительных приборов и активация электронных компонентов.

Лауш и его команда представят работу своего устройства с использованием протеза тазобедренного сустава на выставке в Ганновере с 23 по 27 апреля. В данном случае с помощью этой технологии будет электрически стимулироваться шаровидный сустав с целью активизации роста хрящевых и костных клеток.