دانشمندان کره‌ای فناوری جدیدی برای شارژ بی‌سیم با امواج فراصوت ابداع کردند که باتری ایمپلنت‌های پزشکی را بدون جراحی، با کارایی دوبرابر و در کمتر از دو ساعت شارژ می‌کند.
به گزارش تکناک، با رشد روزافزون استفاده از ایمپلنت‌های پزشکی نظیر ضربان‌سازهای قلب، محرک‌های عصبی و سامانه‌های دارورسانی، دغدغه‌های مهمی درباره ایمنی بلندمدت و پایداری عملکرد این دستگاه‌ها مطرح شده است.
در حالی که این تجهیزات برای نجات جان بیماران حیاتی هستند، اما محدودیت بزرگ تمام شدن باتری را دارند. هر بار که باتری تمام می‌شود، نیاز به جراحی مجدد وجود دارد، که فرایندی پرهزینه، دردناک و پرخطر است و سلامت بیمار را تهدید می‌کند. بنابراین، شارژ بی‌سیم و ایمن باتری‌های ایمپلنت به یکی از چالش‌های حل‌نشده حوزه پزشکی تبدیل شده است.
با وجود این، گروهی از محققان کره‌ای به سرپرستی پروفسور جینهو چانگ در مؤسسه علم و فناوری دی‌جیست (DGIST) به تازگی راه‌حلی نوآورانه برای این مشکل ارائه داده‌اند، که شارژ بی‌سیم مبتنی بر امواج فراصوت است.
فهرست مطالب
ساختار نوآورانه با دو لایه پیزوالکتریک
در این فناوری جدید، از دو لایه پیزوالکتریک بهره گرفته شده است:
- لایه اول، امواج فراصوت ورودی را جذب و به الکتریسیته تبدیل می‌کند.
- لایه دوم، انرژی باقی‌مانده‌ای که از لایه اول عبور کرده است را نیز جذب و خروجی الکتریکی بیشتری تولید می‌کند.
ترکیب این دو لایه، راندمان را نسبت به شارژرهای متداول، بیش از ۲۰ درصد افزایش داده است.
قبل از ساخت این دستگاه، طراحی آن با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای بهینه‌سازی شد. پس از تولید، هر دو لایه به صورت الکتریکی به هم متصل شدند تا توان خروجی به حداکثر برسد.
توان خروجی چشمگیر
دستگاه طراحی‌شده در محیط آبی به توان چگالی ۴۹۷.۴۷ میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع و توان کلی ۷۳۲.۲۷ میلی‌وات دست یافت، که این مقدار برای شارژ کامل یک باتری ۱۴۰ میلی‌آمپر ساعتی تنها در ۱ ساعت و ۴۰ دقیقه کافی است.
عملکرد شارژ بی‌سیم ایمپلنت‌های پزشکی در شرایط واقعی
محققان برای ارزیابی عملکرد سیستم در شرایط نزدیک به واقعیت، از یک لایه بافت خوک به ضخامت ۳۰ میلی‌متر استفاده کردند تا بافت انسانی را شبیه‌سازی کنند. حتی دستگاه در این شرایط نیز توانست ۳۱۲.۳۴ میلی‌وات انرژی تولید کند.
پژوهشگران کره‌ای دو آزمایش کلیدی انجام دادند:
- در آب و در فاصله ۳۰ میلی‌متری، یک باتری تجاری ۱۴۰ میلی‌آمپر ساعتی طی تنها ۱ ساعت و ۴۰ دقیقه کامل شارژ شد.
- با استفاده از بافت خوک به ضخامت ۳۰ میلی‌متر، یک باتری ۶۰ میلی‌آمپر ساعتی تنها در ۱ ساعت و ۲۰ دقیقه شارژ شد.
این نتایج از نظر توان خروجی، بیش از دو برابر کاراتر از فناوری‌های شارژ پیشین هستند.
گامی مهم به‌سوی تجاری‌سازی
پروفسور چانگ در توصیف دستاورد گروه خود گفت: «این سیستم یک روش جدید و کارآمد ارائه می‌دهد، که از امواج فراصوت برای شارژ بی‌سیم ایمپلنت‌های پزشکی استفاده می‌کند. پیش از این، از انرژی این امواج به طور کامل بهره‌برداری نمی‌شد.»
وی تصریح کرد: «ما در حال توسعه سیستمی هستیم که بتواند باتری ایمپلنت‌های پزشکی را در کمتر از یک ساعت و با کمک امواج فراصوت و مدارهای الکترونیکی پیشرفته، به سرعت و با بازدهی بالا شارژ کند. هدف نهایی ما عرضه این فناوری به بازار است.»
آینده‌ای بدون جراحی با شارژ بی‌سیم ایمپلنت‌های پزشکی
در صورت موفقیت در توسعه و تجاری‌سازی این فناوری، می‌توان برای همیشه با جراحی‌های مکرر تعویض باتری خداحافظی کرد. همچنین این نوآوری مسیر را برای ساخت ایمپلنت‌های کوچک‌تر، هوشمندتر و بادوام‌تر هموار می‌کند.
