С каждым годом медицина продвигается вперёд — и предлагает новые виды протезов, искусственных органов и электронных устройств, которые вживляются в человеческое тело. Соответственно, всё больше людей могут позволить себе электрический «апгрейд». Но главная проблема вживляемой электроники — как обеспечить постоянное и стабильное электропитание устройств, встроенных в организм?
Рассматриваются разные варианты извлечения энергии из окружающей среды: пьезоэлементы (вибрация), термоэлектрические элементы, работающие на разнице температур (на тепле человеческого тела), трибоэлектрические кардиостимуляторы, и другие устройства уже испытаны на крысах, кроликах и свиньях. Эти гаджеты извлекают электрический заряд из трения (статическое электричество). Идут эксперименты с электроникой, которая питается глюкозой из человеческой крови и молочной кислотой из пота.
Кроме извлечения энергии из окружающей среды рассматриваются различные способы беспроводной передачи энергии. Здесь ключевая проблема — разработать гарантированно безопасный способ передачи, чтобы не повредить живые ткани организма, которые находятся между приёмником и передатчиком.
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) совместно с коллегами из Brigham and Women’s Hospital разработали новую систему для безопасной передачи энергии на радиоволнах, которые безопасно проходят через ткани человека. В тестах на животных исследователи доказали, что такой способ подходит для энергопитания устройств, расположенных на глубине 10 сантиметров в ткани с расстояния 1 метр. А если датчики располагаются близко к коже, то энергию можно безопасно передавать с расстояния до 38 метров.
Это вполне приемлемые характеристики, которым соответствует большинство человеческих имплантатов, в том числе кардиостимуляторы, мозговые имплантаты для стимулирования отдельных участков мозга светом или электроимпульсами, а также «умные» таблетки-контейнеры, которые выпускают лекарство при достижении поражённого участка.
До сих пор учёные не могли предложить эффективную систему беспроводного питания, безопасную для живых тканей. Дело в том, что радиоволны обычно поглощаются тканями тела, поэтому до конечного устройства доходит лишь малая часть. Требуется мощный передатчик, а на высоких энергиях разрушаются ткани.
Для решения проблемы исследователи разработали систему “In Vivo Networking” (IVN). Это антенная решётка, испускающая радиоволны на слегка отличающихся частотах. По мере распространения радиоволн они перекрываются и сочетаются различными способами. В определённых точках достигается резонанс и преодолевается энергетический порог, до есть энергия возрастает до уровня, достаточного для питания имплантированного датчика.
С новой системой не требуется знать точное положение датчиков в теле, поскольку энергия передаётся обширному районом. Это также означает, что можно одновременно питать несколько устройств. А получающие мощный импульс датчики могут ретранслировать информацию обратно на антенну по принципу RFID.
«Хотя у этих крошечные имплантируемых устройств нет батарей, теперь мы можем установить с ними связь на расстоянии. Это открывает совершенно новые типы медицинских приложений, — говорит Фадель Адиб (Fadel Adib), доцент Media Lab Массачусетского технологического института и ведущий автор научной статьи, которая будет представлена на конференции Association for Computing Machinery Special Interest Group on Data Communication (SIGCOMM) в августе 2018 года.
Беспроводная передача энергии позволяет значительно уменьшить размер устройств: в экспериментах Media Lab тестировали исплантат размером примерно с рисовое зёрнышко. И это ещё не предел: исследователи считают, что размер можно ещё уменьшить.
Система разработана в сотрудничестве с сотрудниками лаборатории в Brigham and Women’s Hospital, которая сейчас работает над различными видами «умных» таблеток для доставки лекарств, съёма различных биологических параметров и контроля работы желудочно-кишечного тракта.
Медицина уже использует вживляемые электроды для глубокой стимуляции головного мозга (DBS). Первоначально разработанная для исцеления судорог, которыми страдают пациенты с болезнью Паркинсона, для многих исследователей этот метод стал потенциально революционным способом лечения различных психических заболеваний.
Кроме электрической стимуляции, беспроводные мозговые имплантаты осуществлять оптическую стимуляцию, чтобы стимулировать или ингибировать активность определённых групп нейронов. Пока эта техника не используется на людях, но считается весьма перспективной для лечения многих неврологических расстройств. В настоящее время мозговые имплантаты управляются устройством вроде кардиостимулятора, которое имплантируется под кожу. Но при использовании беспроводного питания можно использовать более комфортную схему.
В будущем мощные ретрансляторы смогут передавать энергию на мозговые имплантаты целых групп людей, что очень удобно.
Комментарии (17)
lomnev
10.06.2018 09:50В будущем мощные ретрансляторы смогут передавать энергию на мозговые имплантаты целых групп людей, что очень удобно.
Контроллер двигался впереди метрах в ста, направляясь к одному из ангаров, в котором, несомненно, находилось его логово.
Егор начал лихорадочно отдавать приказы ногам остановиться – бесполезно, они не останавливались.
Когда он почти вошел в ангар, то понял, что усилия напрасны, и заплакал бы от досады, если бы из его глаз уже не текли слезы.
© Роман Куликов, stalkerbooks.ru/aleksandr-dyadishhev-ezhi-tumanovskij-teni-chernobylya/27.html
KodyWiremane
10.06.2018 10:55+1+1 вектор воздействия ЭМИ на киборгов. Ещё к облаку их подключить, если этого ещё не делают.
Vlihh_Ozziz
10.06.2018 11:30+2В 1994-2002 занимался данной проблемой сначала как студент потом как аспирант. Возможно как передавать имплантам, если они неизбежны, энергию, так и производить внутри. На тот момент внутри производящие системы прежде всего от дыхания, т.к. человек всегда дышит. Планировались пьезоволокна в защитной оболочке. Уровень генерации в среднем 50мкВт, максимальный 200 и более мкВт на волокно. Толщина вместе с оболочкой 400мкм тогда и 70 сейчас достижимы. Изготовление собственно волокон на 2002 г МЛЭ + своеобразная многолучевая нанолитография 10нм разрешения. Сейчас в без дорогих установок МЛЭ, но нанолитография сравнимого, несколько лучше, разрешения останется.
Для ватт целесообразно на сухожилия ставить, заодно можно, как представляется, существенно снизить риск повреждений, увеличить ТТХ при беге — тратить меньше энергии, что положительно должно сказываться на выносливости при маршрутах от 25-30км.
Gryphon88
10.06.2018 16:00Не могу удержаться, не процитировав
Павловский, Карболитовое сердцеПроектор рисовал на стене гигантский изгиб Раменова позвоночника, сиротливую клетку рёбер, и вообще, много полупрозрачных костей с шурупами, штифтами, проводами, мышечными тягами, коробочками модулей — всё металлическое сияло огнём, как плоть ангела. Всё мажь олдкаином, тут надо отсчитать, значит, ребро, ещё, ещё, ого, да вот они, прямо блямбы прощупываются… «Э-э-эх!» — залихватски крикнул Рамен, когда Князь решительно рассёк ему кожу на четырёх рёбрах. Хирурги-энтузиасты отошли на шаг.
Никакой особой крови на пергаментной коже не выступило, так, всего один зажимчик понадобился. Под красно-желтоватым слоем тканей обнаружились четыре натуральные плоские гайки на тринадцать, стоящие вертикально в ряд и отливающие синевой. Две — изрядно помятые. Плоскогубцами, не иначе.
— Эк. Ты очень старый и очень русский киборг, дядя Коля. — Хмыкнул князинька. — В наше время людям шпильки М6 в рёбра не вкручивают, если нет педагогической цели. Самый брутальный USB-разъём, что я видел. Вот эти жёваные — похоже, земля и питалово. Грыз их, что ли?
— Не-е-е — пьяненько протянул старый киборг. — это в бригаде нашей понт был такой, заряжаться крокодилами от аккума. Или от розетки. У нас в основном егеря были, Линкс-302. Как я. Понтовая охотничья модель для богатеньких, с индукционной зарядкой. Буржуй на клавиатуре руки подержит, на руле, поспит в электроперчатках — глядишь, за пару дней зарядился. Потом все выходные по лесам козлом скачет. Кто ж знал, что модули на Ковровском заводе доработают под нужды армии? По Ковровскому наставлению надо пятьдесят минут в день держаться за куски трубы с проводами, а от них током шарашит. Как будто делать больше нечего.
— Ага, а тут такие вы: «За ДШБ!», водки ам, в грудь себя крокодилами хряп-хряп — и дым пошёл… — Князь деловито привинчивал к стариковской груди сверкающие контакты, тыкал жалами мультиметра. — За сколько там, за десять минут заряжались?
— Да и пяти хватало, там же аварийная зарядка на контакты заведена. Дух в казарме был… Каптри прибегает, строит роту, всем разнос, шмон по тумбочкам за проводами, а у самого штепсель из-под бушлата висит, как чорт с хвостом. Весело было… Шурик Остапченко себе на шину данных 24 КАМАЗовских постоянных вольта закинул, западный мост себе сжег и руку парализовало. Два месяца на Керченском Судоремонтном потом пузо грел, чинился, гад…sim2q
10.06.2018 16:56«Друг» заинтересовался: «Глюкозу до конца расщеплять будут или как?», настройки будут?
Vlihh_Ozziz
10.06.2018 17:07Глюкозные топливные элементы действительно самые ёмкие «батарейки» на сей день. НО есть ряд вопросов по тому как встраивание системы части в кровоток, для добычи оной глюкозы, повлияет на то как люди будут себя чувствовать. Импантанты не всегда приживаются тут же могут быть тяжёлые последствия с тромбами.
sim2q
10.06.2018 17:16интересно было, будут ли до конца расщеплять или можно будет регулировать:)
Vlihh_Ozziz
10.06.2018 17:20глюкозные элементы в определённых пределах регулируются, там в другом проблема. Могут быть отторжения и прочие, вплоть до летального. Пока на изотопных источниках при потреблении микроватты, скажем ритмоводитель, несколько надёжнее. Но проходить через рамки металлоискателей — смерть. Я видел несколько лет назад погибшего мужика, с женой с магазина шли, кабель к банку (тогда там был) а в банках применяются всяческие глушилки, вот и помер несчастный. Его жене даже не давали его тело, забрали в морг.
Vlihh_Ozziz
11.06.2018 01:39
Касаемо настроек, глюкозу в спирт можно прямо в организме превращать. Идея с годов 1930-50-х, обыграна была в фантцикле про Хогбенов Генри Каттнера. В целом интересный был типаж этот писатель. Как и жена его Кэтрин.sim2q
11.06.2018 18:46Читал как то, что у одного японца была грибковая инфекция и оп прибывал в некоторой степени опъянения, пока не вылечили. Не знаю на сколько правда.
Vlihh_Ozziz
10.06.2018 17:19Можно баранов приспособить в харвестеров электричества. У них в организме, наверное где в желудке или тонком кишечнике, есть бактерии преобразующие целлюлозу в глюкозу. В Австралии лет 20-30 назад пробовали кормить овец на шерсть старыми газетами со смытой краской. Из-за оной краски следов, отбеливателей и прочей дряни всё дело прогорело. Даёте ту же солому или мелкую щепу размягчённую, добавляете концентраты вкуса и они лопают. Примерно как с людской едой из магазина.
На каждом небольшой контейнер связанный с артерией, для добычи нужно давление, с самой мембраной, каким ионистором и полезной нагрузкой, например можно на баранах иметь АФАР, т.к. отары как и движение отдельных баранов в ней, но не по одиночке — т.к. бараны, хорошо подчиняются определённым законам. Пастух/чабан и овец пасёт на склоне и занимается охраной рубежей Родины или радиоастрономией. Само устройство на базе мобильника. АФАР еденичная — в виде попоны, такие чтобы шерсть не пачкалась и не валялась ставят.
Маловероятно но нельзя исключить, что с белыми медведями американцы подобное уже проделывали т.к. применяют давно в опытном порядке для поиска АПЛ и прочего и наверняка так было с управляемыми кашалотами, которых в Северном море пробовали применять для поиска АНПА или для обследования дна — у них фантастические х-ки звуковидения как по точности так и по дальности. Недавно выбрасывались.sim2q
10.06.2018 17:36спасибо!
очень интересно, про ФАР так вообще — овцекосмос какой то!)Vlihh_Ozziz
10.06.2018 18:41на деле скорее всего проще попоны с солнечными пластиковыми батареями 12-17% КПД, Проще и много дешевле. Заморачиваться как описывал смысл имеет, и то далеко не всегда, если только метаболяты, секреты с желёз добываются из генномодифициорованных животных. Лекарства, тот же инсулин. Обычно там где овец много там и солнца много.
ygrabovskiy
>Until now, this has been difficult to achieve because radio waves tend to dissipate as they pass through the body, so they end up being too weak to supply enough power.
Они поглощаются тканями, и когда достигают устройства, становятся слишком слабыми, чтобы питать устройство.
Vlihh_Ozziz
Зависит от частот передачи и конкретно каких тканей. В целом пихать что-либо во организм не самая лучшая идея, скорее вынужденная мера т.к. текущие технологии выращивания/имплантации/ремонта родных органов весьма слабо развиты на Земле тут. Вам многие из имеющих импланты, кто в теме (таковых я всего несколько знал), скажут.
ygrabovskiy
Я лишь дал корректный перевод данной фразы. В статье изначально было иначе написано.
Vlihh_Ozziz
Я о смысле написанного.