麻省理工学院的研究人员使用无线充电技术为体内的电子设备供电

作者：Jon Gabay，特约撰稿人  电子产品小型化和无线通信进步的好处为我们提供了起搏器和除颤器等救生技术。技术并不止于此，更多的体内植入医疗设备已准备好嵌入我们体内。但能源需求仍然是一个问题。

这就是为什么麻省理工学院布莱根妇女医院和斯塔克德雷珀实验室最近宣布的一项发展如此重要的原因。他们通过使用无线充电技术为体内的电池充电和为体内电子设备供电，从而将其提升到一个新的水平。

在这种情况下，他们创造了一种无线胃肠医疗设备，可以“无限期地留在体内”。它读取读数并可以使用来自射频场的能量与外界通信。还设想这样的设备可以存储浓缩药物，并在定时间隔或检测到事件时提供所需的药物。

使用体外的天线，研究人员能够将命令传输到胃道内的天线。这能够收集和调节足够的能量来操作现代低功耗微型和传感器阵列。

根据麻省理工学院附属研究机构乔瓦尼·特拉弗索 (Giovanni Traverso) 等研究人员的说法，“这种方法产生了足够的能量来运行传感器，这些传感器可以监测心率、温度或胃中特定营养素或气体的水平。”

在《科学报告》杂志上首次描述，该论文的主要作者、前麻省理工学院研究生 Abubakar Abid 说：“现在，我们无法测量核心体温或微量营养素浓度等信息。很长一段时间，有了这些设备，你就可以开始做那种事情了。”

为植入体充电的其他方法包括使用消化系统内的实际酸来制造电池，但这里明显的问题是胃和消化道的腐蚀性太强，无法长期使用。感应充电，一种用于小型平板电脑和手机的无线充电技术。几家制造商为电子设备提供该功能，但不适用于植入式医疗设备，因为天线需要非常靠近（相距 2 到 10 厘米）才能使这种近场方法工作。此外，能量传输的效率与天线之间的距离成正比。

源耦合是关键，该团队使用了一种称为中场传输的技术，该技术通过多种电磁感应和辐射模式利用功率采集。关键是找到一个射频频段，其中天线（或线圈）不需要太大，并且频率可以安全地穿透身体而几乎没有衰减。不同类型的组织也会对此产生影响。

斯坦福大学的研究人员对组织类型进行了研究，并发现了适合用于肌肉、视网膜和一般用途的植入式医疗设备的线圈尺寸的载体范围（见表 1）。IEEE 高级和学生成员 Ada SY Poon、John S. Ho 和 Sanghoek Kim 甚至能够对最适合新一代能量收集医疗植入物的调谐技术进行分类（见表 2）。

表 1 和表 2：组织类型和载波频率可以确定无线能量传输系统对体内植入设备的有效性。需要优化接收器和发射器的调谐模式，以最大限度地提高能量传输效率。

世界各地正在进行更多的研究和实验，甚至使用第二代射频 ID 设备也可能在这里显示出前景。UHF 频率穿透人体，单片应答器标签已经可以收集足够的能量来传输回 30 英尺外。应答器中的非易失性存储器也是一个优点。

来源：麻省理工学院和斯坦福图片来源：斯坦福

审核编辑 黄昊宇