Ultrason Teknolojisiyle Ameliyatsız Şarj: İmplant Bataryaları Artık 2 Saatten Kısa Sürede Doldurulabiliyor

Dünyada implant edilebilir medikal cihazlara yönelik talep hızla artarken, teknolojilerin uzun vadeli kullanımı ve hasta güvenliği konusundaki endişeler de aynı hızla büyüyor. Kalp pilleri, sinir uyarıcıları ve ilaç salım sistemleri gibi cihazlar; yaşlanan nüfus, kronik hastalıklar ve travmatik yaralanmalar nedeniyle her geçen gün daha yaygın hale geliyor.

Ancak hayati önem taşıyan cihazlar, kritik bir sınırlamaya sahip: bataryaları zamanla tükeniyor ve değiştirilmeleri gerekiyor. Dolayısıyla, hastaların tekrar tekrar ameliyat masasına yatmasına neden oluyor. Her operasyon, ciddi sağlık riskleri ve hasta için rahatsızlık anlamına geliyor. Bu nedenle, batarya şarjı sorunu implant teknolojilerinin çözülmemiş en büyük sorunlarından biri olarak öne çıkıyor.

Güney Koreli bir araştırma ekibi, bahsi geçen soruna çığır açıcı bir çözüm geliştirmiş olabilir.

Ultrason Tabanlı Şarj: Güvenli, Verimli ve Ameliyatsız

DGIST (Daegu Gyeongbuk Bilim ve Teknoloji Enstitüsü) bünyesinde görev yapan Profesör Jinho Chang ve ekibi, implant edilebilir cihazların bataryalarını cerrahi müdahaleye gerek kalmadan güvenli ve etkili bir şekilde şarj edebilen, ultrason tabanlı kablosuz bir şarj sistemi geliştirdi.

Sistem iki katmandan oluşuyor: İlk katman, gelen ultrason dalgalarını elektrik enerjisine dönüştürüyor. İkinci katman ise içinden geçen kalan ultrason enerjisini yakalayarak ek güç üretiyor. Her iki katmanın çıktıları birleştirildiğinde, elde edilen verimlilik geleneksel enerji toplayıcılara kıyasla %20’den fazla artış gösteriyor.

Araştırma ekibi, sistemin tasarımını önce simülasyonlarla optimize etti. Ardından prototip üretildi ve iki katman da elektriksel olarak birbirine bağlandı. Su ortamında yapılan testlerde, cihaz santimetrekare başına 497,47 miliwatt güç yoğunluğu ve toplamda 732,27 miliwatt çıkış sağladı. Söz konusu değerler, 140 mAh kapasiteli bir bataryanın yalnızca 1,7 saatte tamamen şarj edilmesi için yeterli.

Gerçek Doku Testleri ve Performans Sonuçları

Cihazın performansını insan vücudunu gerçekçi şekilde simüle eden koşullarda değerlendirmek için, araştırmacılar 30 mm kalınlığında domuz dokusu kullandı. Bu testte bile enerji toplayıcı 312,34 miliwatt güç üretti.

Teknolojinin sınırlarını daha da test etmek amacıyla iki önemli deney gerçekleştirildi. İlk deneyde, 30 mm mesafede su ortamında 140 mAh kapasiteli bir ticari batarya yalnızca 1 saat 40 dakikada tamamen şarj edildi. İkinci testte ise, aynı kalınlıktaki domuz dokusu kullanılarak insan anatomisi simüle edildi ve 60 mAh’lik batarya 1 saat 20 dakikada şarj edildi.

Her iki sonuç da, dünya standartlarında kabul ediliyor. Elde edilen güç çıktısı, daha önce bildirilen ultrason şarj sistemlerine göre iki kattan fazla performans sunuyor.

“Bu araştırma, geçmişte tam anlamıyla değerlendirilemeyen ultrason enerjisinden etkili biçimde yararlanarak implant edilebilir medikal cihazların kablosuz şarjını sağlayan yenilikçi bir teknoloji sunuyor.” diyen Profesör Chang, teknolojinin ticarileştirilmesi yönündeki planlarını da şu sözlerle paylaştı: “Bu ultrason tabanlı kablosuz şarj teknolojisini yüksek verimli yarı iletken bileşenlerle birleştirerek, bir saat içinde tamamen şarj edebilen bir sistem geliştirmeyi ve ticarileştirmeyi hedefliyoruz.”

Başarıya ulaşılması halinde bu yaklaşım, tekrarlanan ameliyat ihtiyacını ortadan kaldırabilir ve gelecekte daha küçük, daha akıllı, daha uzun ömürlü implant teknolojilerinin önünü açabilir.

Araştırmanın sonuçları, Biosensors and Bioelectronics adlı bilimsel dergide yayımlandı.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/innovation/ultrasound-pacemaker-charging-breakthrough