独特的技术将能量传输到医疗植入设备
文章：Bill Schweber
研究人员已经开发出一种技术，可以将能量转移到神经刺激器上。
工程师用于处理多种“效果”范围从众所周知的较小者所知道的。例如，在前类别中，有压电效果和皮肤效果;在后一种类别中，有一个如此康达效应。无论是已知的还是模糊，这些基于物理的现象通常都被利用为传感器，特殊材料，独特功能等的构建块。
最近，莱斯大学的一个研究小组构思、建造并测试了他们认为的第一个由外部磁场驱动的能量捕获和转换装置。它在很大程度上不受身体组织质量的影响，避免了由于射频、超声、光甚至磁环的使用而引起的被身体吸收或空气、骨骼和组织界面阻抗差异的问题。
研究人员利用这种能力驱动神经刺激器产生不同的波形和模式;这种刺激已经被用于治疗帕金森病、抑郁症、疼痛和强迫症等疾病。
这种能量传递方式实际上融合了两种不相关的物理现象:磁致伸缩效应和压电效应。磁致伸缩效应是磁性材料在磁化过程中改变形状或尺寸的一种特性。这使得它可以将磁场转化为电场和电压。
该研究小组使用了一种材料，这种材料利用薄膜中的磁致伸缩层和压电层之间的机械耦合而不是注入线圈来产生电压。外部变化的磁场在磁致伸缩层中产生应变，而该应变反过来对压电层施加力以产生电压。组合磁电子(ME)可以由几毫特斯拉(图1)。
图1用于无线神经刺激（A）的自由移动RAT上的磁致伸缩装置。谐振响应曲线表示当磁场频率匹配171kHz（b）时产生的最大电压。具有永磁体的器件测试设置施加偏置场，电磁线圈施加交流磁场（C）。来源：莱斯大学
为了提高能量传输效率，研究人员还利用永磁体或电磁铁应用了恒定偏置场。由于磁致伸缩材料中的应变是磁场强度的s型函数，当磁场在s型的中点附近振荡时，交变磁场产生的电压变化最大(图2)。
图2磁致伸缩膜输出电压作为偏置场的函数;通过适度的磁偏置场显着增加峰值谐振电压。来源：莱斯大学
研究人员已经测试了电源加刺激器的组合，将其植入啮齿动物的大脑，以激发各种类型的神经刺激。整个装置——动力子系统和神经刺激器——比大米还小，必须完全定制。这篇非常详细且可读性强的论文发表在最近一期的神经元，标题为“用于治疗频率的微型无线神经刺激的磁电材料它为替代能量转移技术带来的挑战提供了一个有趣的解释。幸运的是，虽然它是在一个收费墙后，相同的预印本发布了，和这条普遍感兴趣的新闻那样来自赖斯大学有一些有趣的个人观点和报价。
这是能量转移还是能量收集?由于外部磁场不是“就在那里”，因此首先是可用的，我不确定它是否符合真正的收获。另一方面，它确实有一些收获的属性，至少在概念上是这样的。我们只能说这是一种转移和收获的混合。
你曾经使用过一种可以被认为是能量收集但实际上是一种独特的能量转移技术的方案吗?你必须解决和克服哪些问题?
本文最初发表于edn.。
比尔Schweber是一位撰写了三本教科书、数百篇技术文章、观点专栏和产品特性的EE。
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