Сердечный имплантат с радиоволновым питанием

14.09.2012

Команда инженеров из Стэнфорда представила миниатюрное имплантируемое сердечное устройство, питающееся не от батареек, а от радиоволн. Размеры устройства составляют всего лишь около 0,8 мм, оно могло бы поместиться на кончике иглы.

Полученные результаты были опубликованы в Applied Physics Letters. Ученые продемонстрировали работу миллиметрового устройства, имплантированного в грудную клетку на глубину около пяти см прямо на поверхность человеческого сердца. До сих пор такая глубина считалась недосягаемой для радиоволн. Инженеры считают, что это является лишь первым шагом в производстве беспроводных имплантатов. Помимо сердечных имплантатов, это могут быть эндоскопы, кардиостимуляторы, стимуляторы головного мозга и другие медицинские устройства, в которых критичны малые размеры и мощность.

Имплантаты в свое время произвели революцию в медицине. В настоящее время подобные устройства - кардиостимуляторы, кохлеарные имплантаты и пр. - обеспечивают должное качество жизни сотням тысяч, если не миллионам, пациентов. Но в процессе проектирования этих устройств приходится решать сложные инженерные задачи. Критичны размеры питательного элемента и время его работы. Например, в кардиостимуляторе аккумулятор занимает до половины всего его объема. А когда батарейка садится, человеку необходима новая операция. Возможность получать энергию через радиоволны решает обе эти проблемы.

Согласно существующим математическим моделям, предполагалось, что высокочастотные волны проникают не слишком глубоко в ткани человеческого организма. Из-за этого до сих пор не было попыток создать подобные импланты - потребовались бы низкочастотные передатчики и, следовательно, большие антенны. Слишком большие, для того, чтобы вживлять их в организм. Однако команда ученых во главе с Адой Пун, профессором электротехники Стэнфордского университета, опровергла это мнение.

Электрические волны действительно быстро рассеиваются в тканях, однако радиоволны при должном подборе частот могут проникать на большую глубину. Пересмотрев модели, Ада Пун и ее соавторы показали, что в определенном высокочастотном диапазоне мощность передаваемой энергии увеличивается примерно в десять раз. Это означает, что приемные антенны могут быть в 10 раз меньше, а значит, проблем с имплантатом из-за размера уже не возникнет. При этом оптимальная частота, с которой работает устройство, способна производить около 50 микроватт энергии, что значительно превосходит потребности существующих кардиостимуляторов - 8 микроватт.

Разработчики подали заявку на патент по конструкции антенны беспроводного имплантата и планируют продолжать работы, чтобы создать максимально эффективные устройства, соответствующие санитарным нормам, установленным IEEE.

<< Назад: Алкоголь мешает пережить трагедию 14.09.2012

>> Вперед: Интернет-зависимость скрывается в генах 13.09.2012

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Процессор на базе двумерного полупроводника 11.11.2020 Швейцарские инженеры разработали компьютерную микросхему принципиально нового типа, которая функции хранения и обработки данных реализует внутри единого двухмерного слоя сульфида молибдена. Это позволит создавать более компактные, быстрые и энергоэффективные устройства. До сих пор энергоэффективность компьютерных микросхем ограничивалась используемой в настоящее время архитектурой фон Неймана, в которой обработка и хранение данных выполняются в двух отдельных блоках. Это означает, что данные должны постоянно передаваться между двумя устройствами, что требует значительного количества времени и энергии. Инженеры из Лаборатории наноразмерной электроники и структур Федеральной политехнической школы в Лозанне (EPFL) разработали революционную технологию, в которой 2D-материал используется для создания единой архитектуры, сочетающей логические операции с функцией памяти. Объединив два блока в единый полупроводниковый слой, авторы добились значительного уменьшения энергопотерь, что особенно важно для приложений, основанных на искусственном интеллекте. Микросхема изготовлена из сульфида молибдена MoS2 - двумерного материала, состоящего из слоя толщиной всего в три атома. Инженеры EPFL несколько лет назад изучили специфические свойства MoS2 и обнаружили, что это отличный полупроводник, который прекрасно подходит для электронных приложений. Ученые создали на его основе микросхему на полевых транзисторах с плавающим затвором. Преимущество этих транзисторов, которые обычно используются в системах флеш-памяти фотоаппаратов, смартфонов и компьютеров, в том, что они могут удерживать электрические заряды в течение длительного времени. Уникальные электрические свойства сульфида молибдена делают его особенно чувствительным к зарядам, хранящимся в полевых транзисторах, что позволило инженерам EPFL создать схемы, которые работают как в качестве запоминающих устройств, так и в качестве программируемых транзисторов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025