中场无线传输:植入式设备充电新方式

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2014-05-21 09:30

植入式电子设备仍让人不安,不过,当涉及到生命健康的时候,我们应该都会选择接受它。在医疗领域,植入式电子设备早已存在,比如,心脏起搏器可以植入人体之中,在关键时刻挽救病人的生命。

植入式电子设备在医疗领域的潜力很大,而关键的一个问题是如何为设备充电。目前的解决方案,一是使用长时间续航的电池,这会导致设备体积较大,而且当其电量耗尽的时候,仍然需要手术取出;二是使用可充电电池,但是无线充电的时候,要求是很短的距离,从而限制了其使用范围。

斯坦福大学网站的报道,学校的助理教授 Ada Poon 开发了一种新型无线充电系统,为新一代的植入式电子设备的发展铺平了道路。

Ada Poon 发现了控制电磁波的新方法。我们日常使用的电磁波有远场和近场之分。广播电台使用的是远场电磁波,当接触人体的时候,它会被反射出去,或被皮肤当做热量吸收,无法对植入式设备进行无线供电。近场电磁波可以用于无线充电系统,并且已经用在了一些植入式设备上,但是它们传输能量的距离太短,限制了植入身体的程度。

Poon 把两种传输方式进行了整合。她能够做到这一点,是利用了一个简单的事实,在不同材料之间,波的传输速度是不同的。举个例子来说,当你把耳朵放到铁轨上,你会听到远方车轮的震动,因为声波在金属中的传输速度比空气中快。

根据这种原理,Poon 设计了一种供电设备,可发射特殊的近场电磁波。当这种电磁波从空气传到人体的时候,能够改变自己的特性,增强传播能力。她把这种技术叫做 “中场无线传输。”

通过这种技术,人们可以向心脏或大脑中的微型植入物传输能量,而这是目前的近场传输系统无法做到的事情。《美国国家科学院院刊》上登载了 Ada Poon 的研究成果。她发明的新型无线传输方式,可以使植入式电子设备更为微型化,也为新设备开发提供了更多可能。在未来,除了使用药物之外,医生还可以使用植入式电子设备来治疗疾病。

“我们需要使这些设备尽可能小,能够更方便地植入到身体内部,创造一种治疗疾病和减轻病痛的新方法。” Ada Poon 说。她的团队制造了一个比米粒还要小的心脏起搏器。通过信用卡大小的充电器,人们可以对植入式设备进行无线充电。这种新型无线传输方式的安全性也很高。

斯坦福大学神经科学学院的院长 William Newsome 肯定了 Ada Poon 的成就。他说,使用植入式电子设备治疗精神疾病,是比药物更为有效的方法,因为电子设备能够针对人脑中特定部位起作用,而药物的范围是整个大脑。

Ada Poon 的实验室在动物身上测试了无线充电系统,并且准备进行人体测试。不过,即使这些测试能够成功,技术商业化仍然是长期的事情,因为它需要满足安全和性能方面的要求。Poon 认为,这个新发现将会催生新一代的可编程微型植入式设备,包括监控关键人体功能的感应器,改变人脑中神经信号的电刺激器,以及直接向感染部位派送药物的传送系统。

图片来自 nbcnews

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