برداشت انرژی زیستی برای تامین توان افزاره های کاشتنی هوشمند و متصل بدون باتری

دستاورهای اخیر میکروالکترنیک در توسعه مدارهای الکترونیکی مقیاس کوچک با قابلیت حسگری و ارسال داده ‍ ها، زمینه گسترش نسل جدیدی از افزاره های پزشکی کاشتنی (ایمپلنت) و پوشیدنی با اتصال بی سیم را فراهم نموده است که می توانند با استفاده از اینترنت اشیاء، زمینه ساز ایجاد زیر ساخت پزشکی از راه دور شوند. پردازش و ارتباط بی سیم داده، موجب افزایش مصرف توان و کاهش طول عمر باتری می‍شود. این افزایش مصرف توان، در افزاره های کاشتنی در بدن موجب کاهش فاصله بین جراحی های تعویض باتری می شود که بیمار را با خطرات ناشی از آن مواجه می کند. بنابراین، گلوگاه اصلی توسعه نسل جدید افزاره های پزشکی هوشمند و متصل، باتری ها هستند که به عنوان منبع اصلی تامین افزاره های پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند. در سال های اخیر روند پژوهش ها به سمت حذف باتری از طریق جایگزینی آن با برداشتگرهای انرژی زیستی از بدن پیش رفته است. این مقاله ابتدا به بررسی آخرین دستاوردهای پژوهشی در زمینه توسعه برداشتگرهای انرژی زیستی پرداخته و دسته بندی کلی توان مصرفی انواع افزاره ها و سطح توان قابل استحصال از منابع انرژی زیستی بدن ارائه می نماید. در ادامه با تمرکز بر نوع لرزش به الکتریسیته، به ارائه یک راهکار جدید مبتنی بر استفاده از برداشتگرهای انرژی پیزوالکتریکی چندلایه خمشی در کاربرد تامین توان افزاره های پزشکی کاشتنی، می پردازد. در این راستا، علاوه بر ارائه روش تحلیل، یک الگوریتم برای طراحی برداشتگرها بر مبنای تحلیل طیف فرکانسی پیشنهاد می شود. در بخش نتایج، به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، عملکرد یک نمونه برداشتگر انرژی زیستی حرکتی مبتنی بر بیم خمشی از طریق آزمون های عملی در خارج از بدن، مورد بررسی قرار گرفته و نتایج عملی مورد بحث و مقایسه قرار می گیرند.

کلیدواژه ها:

ایمپلنت های بدون باتری ، برداشت انرژی زیستی ، بیم پیزوالکتریک ، پزشکی از راه دور ، اینترنت اشیاء