Naučnici sa Masačusetskog tehnološkog instituta (MIT) smislili način da bežično napajaju male elektronske uređaje koji se mogu zadržati u digestivnom traktu neodređeno vreme nakon gutanja. Ovi uređaji se mogu koristiti za proveru stanja u gastrodigestivnom traktu, ili da nose male rezervoare sa lekovima.
Pronalaženje bezbednog i efikasnog izvora napajanja je ključni korak u razvoju takvih elektronskih uređaja.
”Ako predlažemo da sistem boravi u telu duže vreme, napajanje postaje ključno. Imajući mogućnost prenosa napajanja bežično, to nam otvara nove mogućnosti i tako smo i pristupili ovom problemu”, rekao je Đovani Traverso, istraživački partner na Koh institutu za integrativno istraživanje raka, gastroenterolog i inženjer biomedicine.
Nova strategija koja je opisana u časopisu ”Scientific Reports” zasniva se na bežičnom prenosu energije iz antene koja se nalazi izvan tela u drugu antenu koja se nalazi u digestivnom traktu. Ovom metodom se omogućuje dovoljno snage da se pokrenu senzori koji bi mogli da prate puls, temperaturu ili nivoe pojedinih nutrijenata ili gasova u stomaku.
”U ovom trenutku ne postoji način da izmerimo stvari kao što su temperatura tela ili koncentracija mikroelemenata na duži vremenski period, a sa ovim uređajima možemo početi da radimo istraživanja takvog tipa”, rekao je Abubakar Abid, bivši student MIT-a.
Bežični prenos energije
Istraživački tim je radio nekoliko godina na različitim vrstama ”uređaja za gutanje”, uključujući i senzore koji mogu pratiti vitalne znake i uređaje za isporuku lekova koji mogu ostati u digestivnom traktu nedeljama ili mesecima. Za napajanje ovih uređaja, tim je istraživao različite opcije uključujući i galvanski element koji je omogućio interakcije sa želudačnom kiselinom. Međutim, nedostatak korišćenja ove vrste baterija je da metalne elektrode prestaju sa radom tokom vremena. U njihovom najnovijem istraživanju tim želi da smisli način da napaja uređaje bez upotrebe elektroda, što im omogućava da ostanu u digestivnom traktu neodređeno vreme.
Istraživači su najpre razmotrili mogućnost korišćenja bežičnog prenosa energije između dve antene koje se nalaze na veoma malim rastojanjima. Ovaj pristup se koristi za punjenje mobilnih telefona, ali pošto antene moraju biti veoma blizu, istraživači su shvatili da ova metoda ne bi funkcionisala jer bi antene bile udaljene 5-10 centimetara.
Umesto toga, odlučili su da istraže prenos koji može da prenese energiju preko većih udaljenosti. Istraživači sa Stanford Univerziteta su nedavno istraživali ovu metodu za napajanje pejsmejkera, ali niko nije pokušao da je koristi za napajanje uređaja u digestivnom traktu. Koristeći ovaj pristup, istraživači su bili u mogućnosti da dostave od 100-200 mikrovati snage do njihovih uređaja, što je više nego dovoljno za napajanje malih uređaja. Temperaturni senzor koji bežično prenosi očitavanje temperature svakih 10 sekundi zahtevao bi oko 30 mikrovati snage.
U istraživanju sprovedenom na svinjama, spoljna antena je bila u stanju da prenese energiju na udaljenosti od 2-10 centimetara, a istraživači su utvrdili da prenos energije nije izazvao nikakva oštećenja tkiva.
Da li je ovo alternativa baterijama?
Za ovu studiju, istraživači su koristili kvadratnu antenu čija je strana 6.8 milimetara. Unutrašnja antena mora biti dovoljno mala da može lako da se proguta, ali spoljna antena može biti veća, što pruža mogućnost generisanja veće količine energije. Spoljašnji izvor napajanja može se koristiti za stalno napajanje ili za punjenje internog uređaja.
Ovaj rad, u kombinaciji sa uzbudljivim napretkom elektronike, nisko-energetskih sistema- čipova, i minijaturizacije, može da omogući mnoga očitavanja, nadgledanja čak i aktivaciju aplikacija.
Istraživači nastavljaju da istražuju različite načine za napajanje uređaja u čovekov telu i nadaju se da će neki od njihovih uređaja biti spreman za ljudsko testiranje u roku od pet godina.
