Draagbare technologie wordt tegenwoordig gemeengoed, maar de volgende stap is om technologie te verplaatsen van op ons lichaam naar zijn binnen ons. De vraag is, hoe krijg je stroom naar een apparaat dat onder je huid leeft?
Interne batterijen
Medische implantaten die zich vandaag al in patiënten bevinden, gebruiken over het algemeen interne batterijen. Lithiumbatterijen zijn gebruikelijk, maar niet van het soort dat u in uw telefoon zou vinden. Deze batterijen kunnen ontploffen, je wilt niet in de buurt zijn als dat gebeurt, laat staan ​​dat je er een in je hebt! Pacemakers gebruiken al tientallen jaren lithium/jodium-polyvinylpyridine-batterijen. Een technologie die voor het eerst werd gepatenteerd in 1972! Dit is een vroeg praktisch voorbeeld van een solid-state batterij, omdat deze een vaste in plaats van vloeibare elektrolyt heeft.
Er zijn echter verschillende problemen met het gebruik van een interne batterij. Alle batterijen hebben een beperkte levensduur, wat betekent dat je uiteindelijk een procedure nodig hebt om ze te vervangen of te verwijderen. De batterijtechnologie blijft vooruitgaan en er zijn vorderingen gemaakt, zoals flexibele batterijen die vrij zijn van giftige chemicaliën. Dus geef geen korting op interne stroomcellen van een of andere soort voor implantaten. Er zijn zelfs enkele ideeën geweest, zoals het gebruik van een plutoniumbatterij, vergelijkbaar met de apparaten die satellieten en extraplanetaire rovers van stroom voorzien.
Op een dag hebben we misschien veilige, duurzame batterijen met een hoge capaciteit die materialen zoals grafeen gebruiken die snel kunnen worden opgeladen. Elektrische inductie is een manier om deze batterijen op te laden zonder invasieve draden, maar waarom zou u uw implantaten niet rechtstreeks met inductie voeden?
elektrische inductie
Elektrische inductie vindt plaats wanneer elektrische energie wordt gebruikt om een ​​magnetisch veld te creëren, dat op zijn beurt een elektrische stroom in een ontvangende draadspoel creëert. Zo werkt draadloos opladen met telefoons en verzegelde elektrische tandenborstels. Inductie hoeft geen kort bereik te zijn, zoals tegenwoordig het geval is bij het gewone draadloze opladen.
Er zijn een paar pogingen gedaan om draadloos op lange afstand op te laden met als uiteindelijke doel een echt draadloze toekomst. In de context van implanteerbare apparaten kunt u ze dus van stroom voorzien of opladen via stroomtransmissiespoelen die zijn ingebouwd in de muren van uw huis en andere gebouwen die mensen gewoonlijk bezetten, zoals kantoorgebouwen.
Wetenschappers van Stanford kondigden in 2014 grote stappen op dit gebied aan. Ze creëerden kleine implantaten die draadloos stroom konden ontvangen en apparaten zoals pacemakers konden opladen.
Glucose omzetten in kracht
Glucose is een van de belangrijkste energiebronnen die wij mensen gebruiken. Het is niet de enige manier waarop we energie krijgen (ketonlichamen zijn bijvoorbeeld een andere), maar met een lichaam dat zo gevuld is met chemische energie, waarom zou je het dan niet gebruiken om implantaten van stroom te voorzien?
Als we een manier zouden kunnen vinden om de glucose in onze bloedbaan om te zetten in de elektrische stroom die onze technologie nodig heeft, zou het misschien niet nodig zijn om batterijen in ons te steken of onszelf te beschieten met magnetische velden. Het kan je ook helpen om dat extra ijsje voor het slapengaan te rechtvaardigen!
Dit is geen theoretisch apparaat, het is een echte technologie die bekend staat als een glucose-brandstofcel. In 2012 kondigden MIT-wetenschappers en ingenieurs aan dat ze een werkende glucose-brandstofcel hadden ontwikkeld met het potentieel om neurale protheses of elk ander elektronisch apparaat in het lichaam aan te drijven dat sap nodig heeft om te werken. Het idee bestaat al sinds de jaren zeventig. Een glucose-brandstofcel werd zelfs beschouwd als een energiebron voor vroege pacemakers, maar uiteindelijk wonnen vaste elektrolytbatterijen.
Een probleem met glucose-brandstofcellen is dat ze behoorlijk veel energie kunnen opslaan, maar niet snel en op het niveau dat nodig is voor moderne implantaten. In 2016 publiceerden onderzoekers de resultaten van het gebruik van een hybride apparaat dat een glucosebrandstofcel combineert met een supercondensator, met veelbelovende resultaten.
Door bloed aangedreven generatoren
Mensen gebruiken de vloeistofstroom al eeuwen om stroom op te wekken. Waterraderen hebben mechanische kracht geleverd aan molens of om water op te pompen voor irrigatie. Tegenwoordig gebruiken we hydro-elektrische dammen voor schone energie die wordt aangedreven door de zwaartekracht en de waterkringloop die wordt veroorzaakt door warmte van de zon.
Dus waarom zouden we de bloedstroom door onze bloedsomloop niet gebruiken om nanogeneratoren aan te drijven? In 2011 onthulden Zwitserse wetenschappers een kleine turbine die is ontworpen om in een menselijke ader te passen. Het idee is om een ​​paar milliwatt af te tappen van de 1-1,5 watt aan hydraulisch vermogen dat een menselijk hart genereert. Genoeg om op een dag medische implantaten en misschien andere geavanceerde implantaten van stroom te voorzien.
De grootste zorg met nanogeneratoren zijn bloedstolsels veroorzaakt door turbulentie. Er was een soortgelijk probleem met kunstmatige harten of apparaten voor hartondersteuning die gebruik maken van continue stroomontwerpen. Deze omvatten de Bivacor en Abiomed Impella. Hoewel deze problemen tot nu toe niet lijken te zijn opgedoken, bevinden menselijke tests zich in een vroeg stadium, dus het is een raadsel of coagulatie door ronddraaiende pompcomponenten in ons bloed problemen zal veroorzaken.
Kunstmatige elektrische organen
Mensen komen misschien niet met hun eigen elektrische stroomgenerator, maar palingen wel! Palingen hebben iets ontwikkeld dat veel lijkt op een batterij, maar dan gemaakt van biologische cellen. In de paling bevindt zich een orgaan dat cellen clustert die als elektrolyt fungeren in alles wat effectief galvaniseert. Dus waarom geen kunstorgaan voor mensen ontwerpen dat hetzelfde doet, maar die kracht gebruiken om toekomstige implanteerbare technologie te laten draaien?
In 2017 publiceerde een team van wetenschappers een paper in Nature waarin hun flexibele, biocompatibele “orgaan” werd beschreven, geïnspireerd op de elektrische paling. Deze kleine krachtpatser gebruikt water en zout om te werken, maar het is de bedoeling op lange termijn om lichaamsvloeistoffen te gebruiken. Geïmplanteerd met deze biologische krachtbronnen, is de lucht misschien wel de limiet als het gaat om technologie die is geïntegreerd in ons lichaam.
