Carregamento sem fio de ultrassom aprimorado para dispositivos biomédicos implantáveis
O sistema de transferência de energia sem fio consiste em um transmissor de ultrassom fora do corpo que envia um feixe de ultrassom focado através da pele para um receptor piezoelétrico, que possui formato oblongo para maximizar a transferência de energia. O receptor então converte a energia do ultrassom em eletricidade para carregar a bateria de um dispositivo biomédico implantável, como um marca-passo. Crédito:Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk (DGIST) A transferência de energia sem fio baseada em ultrassom está se tornando uma opção mais atraente para alimentar dispositivos biomédicos implantados porque poderia superar muitas das limitações e desafios enfrentados por outras abordagens de carregamento sem fio. Agora, um novo estudo mostrou que o formato do receptor implantado pode aumentar significativamente a eficiência da captação de energia do feixe de ultrassom.
As atuais tecnologias de carregamento sem fio utilizam ondas eletromagnéticas ou de rádio para carregar as baterias de dispositivos biomédicos implantados, como marca-passos e implantes cocleares. Mas essas abordagens perdem uma quantidade significativa de energia que atravessa o tecido, tornando-as menos eficientes para dispositivos mais profundos. Eles também estão associados a problemas potenciais, como aquecimento dos tecidos e efeitos imunológicos.
O ultrassom pode penetrar mais profundamente nos tecidos sem perder tanta energia ou causar efeitos colaterais importantes. No novo estudo, o professor Jin Ho Chang, do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk, na República da Coreia, liderou uma equipe de pesquisadores que investigava como melhorar a captação de energia ultrassônica, alterando o tamanho, a forma e a posição do receptor piezoelétrico implantado.
Eles descobriram que posicionar o receptor dentro da área focal de um feixe de ultrassom focado aumentou significativamente a eficiência da transferência de energia. O trabalho está publicado na revista Nano Energy .
O receptor piezoelétrico gerou diferentes fases de sinais elétricos dependendo da parte do feixe de ultrassom com a qual interagia. A transferência de energia mais eficiente ocorreu no lóbulo principal do feixe. Em outras palavras, maior não era necessariamente melhor, embora um receptor maior interagisse com mais feixe de ultrassom.
Com base nessas condições, foi desenvolvido um transmissor e receptor de ultrassom de formato oblongo. Este transmissor forma um amplo lóbulo principal no ponto focal, e o receptor corresponde ao feixe transmitido e produz energia com alta eficiência.
"A combinação de um feixe focado e um receptor bem combinado permite que o transmissor e receptor de ultrassom de formato oblongo alcancem um fornecimento de energia significativamente maior em comparação com sistemas convencionais de transferência de energia sem fio baseados em ultrassom", diz o professor Chang.
A eficiência do sistema foi testada tanto debaixo d'água quanto em 50 mm de tecido suíno. O receptor oblongo foi capaz de carregar totalmente uma bateria através do tecido em 1,8 horas, o que está dentro da faixa exigida para baterias comerciais.
“Acreditamos que essas descobertas serão um trampolim para um avanço significativo na tecnologia de transferência de energia sem fio baseada em ultrassom”, diz Chang. “Seu design inovador e eficácia demonstrada possuem um enorme potencial para alimentar a próxima geração de dispositivos biomédicos implantáveis profundos”.
