Pārnēsājamu ierīču un medicīnisko implantu izmantošana cilvēka ķermenī un zem ūdens strauji pieaug, tāpēc kļūst arvien svarīgāks jautājums, kā tos droši un efektīvi nodrošināt ar enerģiju.
Tradicionālo risinājumu ierobežojumi
Izplatītās bezvadu uzlādes tehnoloģijas, piemēram, elektromagnētiskā indukcija vai radio viļņos balstīta enerģijas pārraide, saskaras ar būtiskiem ierobežojumiem. To jauda bieži vien ir nepietiekama, tās ir jutīgas pret apkārtējās vides traucējumiem un nespēj droši pārraidīt enerģiju caur tādām vidēm kā ūdens vai cilvēka audi. Tas ievērojami ierobežo to izmantošanu, īpaši medicīnā.
Lai pārvarētu šos tehnoloģiskos šķēršļus, zinātnieki arvien aktīvāk pēta alternatīvas pieejas. Viena no daudzsološākajām ir ultraskaņas izmantošana enerģijas pārraidē. Ultraskaņas viļņi labi izplatās šķidrumos un mīkstajos audos, kas ļauj tos izmantot situācijās, kur tradicionālās metodes ir neefektīvas vai pat bīstamas.
Jums varētu patikt šie:
Pārmaiņas nesoši rezultāti paver jaunas iespējas
Korejas zinātnieku komanda ir izstrādājusi liektu virsmu pielāgotu, elastīgu ultraskaņas enerģijas uztvērēju, kas efektīvi darbojas arī uz nelīdzenām un kustīgām virsmām. Ierīce ir veidota no pjezoelektriskiem materiāliem, kas pārvērš skaņas viļņu radīto spiedienu elektroenerģijā. Šādu uztvērēju var piestiprināt tieši pie ādas vai integrēt zem ādas ievietojamos medicīniskos implantos.
Pētījumu gaitā noskaidrots, ka ierīce spēj nodrošināt līdz 20 milivatiem jaudas caur trīs centimetrus biezu ūdens slāni, kā arī līdz 7 milivatiem jaudas caur tāda paša biezuma ādas un audu slāni. Lai gan šie rādītāji var šķist pieticīgi, to ir vairāk nekā pietiekami, lai barotu mazjaudas ierīces, piemēram, veselības stāvokļa sensorus, sirds implantus un citus biomedicīniskos risinājumus, nodrošinot to ilgstošu darbību bez bateriju nomaiņas.
Ilgāks darbības laiks bez operācijas
Viena no būtiskākajām jaunās tehnoloģijas izmantošanas jomām ir iespēja uzlādēt implantus bez invazīvas ķirurģiskas iejaukšanās. Līdz šim vairums ķermenī ievietoto ierīču, piemēram, sirds stimulatori, darbojās ar ierobežotas ietilpības baterijām, kuras iztukšojoties bija jāmaina ķirurģiskas operācijas ceļā. Tagad parādās iespēja šīs ierīces uzlādēt no ārpuses, caur ādu, izmantojot ultraskaņu.
Turklāt ultraskaņas uztvērējus var savienot ar akumulatoriem, izmantojot tos kā enerģijas uzkrāšanas risinājumus. Tas nozīmē, ka pat īsi ultraskaņas impulsi var pakāpeniski uzlādēt akumulatoru un nodrošināt ierīces nepārtrauktu darbību arī tad, ja enerģijas pārraide nav pilnīgi nepārtraukta.
Efektīvāki ģeneratori uzlabo lietderību
Zinātnieki pilnveido arī citu daudzsološu pieeju – triboelektriskos nanogeneratorus, kas ražo enerģiju, izmantojot ultraskaņas radītas vibrācijas. Agrīnās šo ierīču versijas bija pārāk stīvas un ar zemu jaudu, taču jaunākie uzlabojumi šos trūkumus būtiski mazinājuši.
Jums varētu patikt šie:
Pateicoties īpašiem materiāliem un slāņveida struktūrai, ir izdevies panākt augstāku spriegumu un efektīvāku enerģijas pārnesi pat vairāku centimetru attālumā. Vienlaikus ģenerators saglabā darbspēju arī tad, ja tas tiek locīts, kas ļauj to integrēt liektās virsmās cilvēka ķermenī vai kustīgās mākslīgās struktūrās, piemēram, mākslīgajos sirdsdarbības atbalsta mehānismos.
Pielietojums medicīnā un ūdens vidē
Abas šīs tehnoloģijas paver plašas iespējas ne vien medicīnā, bet arī zemūdens elektronikas attīstībā. Var iedomāties gudrus sensorus, kas ūdenī darbojas bez vadiem, zemūdens dronus, kurus var uzlādēt bez tieša kontakta, kā arī cilvēka ķermenī esošus implantus, kuriem vairs nav nepieciešamas sarežģītas ķirurģiskas procedūras to apkopes dēļ.
Šādi risinājumi būtiski uzlabo veselības aprūpes kvalitāti: mazinās komplikāciju risks, paildzinās implantu kalpošanas laiks un pacienti izjūt mazāku diskomfortu. Vienlaikus tie ietekmē arī citas jomas, kur nepieciešama uzticama bezvadu enerģijas padeve grūti pieejamās vai cilvēkam nelabvēlīgās vidēs.
