Stanford Üniversitesi kablosuz enerjiyle çalışan milimetre boyunda kalp cihazı üretti

Kablosuz kalp cihazları, hastaların tükenen pili değiştirmek için 5-10 yıl içinde tekrar ameliyat olma zorunluluğunu ortadan kaldırıyor. Aynı zamanda, küçük boyutlarıyla hareket kolaylığı sağlayarak yaşam kalitesini artırıyor.

Kalp cihazları, son otuz yıldır, özellikle kalp ritim bozukluğu olan hastaların hayatını kurtarıyor. Ameliyatla kalbin üzerine yerleştirilen elektronik bir cihaz, kalp kaslarında düzensizliğine yol açan elektrik akımlarını kontrol ederek kalp krizini önlüyor. Bunlara ritim düzenleyiciler (pacemaker) adı veriliyor. Yapay kalp ise, kalp nakli yapamayan veya kalp nakli için uzun süre sırada bekleyen hastalara çare oluyor.

Ancak, kalp cihazlarının önemli dezavantajları var. Bunlardan biri pille çalışmaları… Hastaların 5-10 yıl arayla ameliyat geçirmesi ve yeni pil taktırması gerekiyor. Ayrıca, büyük kalp cihazları hastaların hareket kabiliyetini kısıtlıyor.

Kablosuz şarj nedir?
Kablosuz şarj telefonların ve diğer elektrikli cihazların fişe takılmadan, uzaktan şarj olması demek. Amerikalı mucit Nicola Tesla’nın 19. yüzyılın sonunda geliştirdiği kablosuz şarj teknolojisi, 2000’lerin ortalarında, daha sonra HP tarafından satın alınan Palm telefon şirketi tarafından kullanılmaya başlamıştı.

Bu teknolojinin ilk örneklerinde, telefonu şarja takmak veya bir dock’a oturtmak yerine, şarj aletinin üstüne yerleştirmek yeterli oluyordu. Daha sonra, 15−30 cm gibi yakın mesafelerden, temazsız şarj olan cihazlar üretildi. Şimdi ise Stanford Üniversitesi’ndeki bilim adamları, milimetre boyunda, kablosuz şarj olan minyatür bir kalp cihazı geliştirdiler. Dilerseniz bu teknolojiyi açıklamak için doğadan bir örnek verelim:

Bariton fillerin şarkısı
Filler sürüdeki diğer fillerle konuşmak için özel ses telleri ile bas sesler çıkarırlar. Çünkü düşük frekanslı (dalga boyu uzun) ses dalgaları uzun mesafeleri aşabilir. Böylece filler açık arazide 10 km, ormanda 4 km ve en kötü şartlarda dahi 1,5 km uzaktaki arkadaşlarına seslerini duyurabilir. Sinirlendiği zaman kulaklarınızı yırtarcasına çığlık atan 3 yaşındaki kızınızın tiz sesi, yol açtığı baş ağrısından da anlayabileceğiniz gibi çok enerjiktir. Ancak, bu sesi sadece yakın mesafelerde duyabilirsiniz. Aynı mantık kablosuz şarj için de geçerli.

Biraz detay
Elektrikli cihazları kablo kullanmadan şarj etmek için çeşitli teknolojiler geliştirildi. Konumuz açısından iki teknoloji önemli: Endüksiyon temelli kablosuz enerji transferi ve radyasyon temelli kablosuz enerji transferi.

Endüksiyon sisteminde bir bobin (tel sargı) yardımıyla sadece bobinin yüzeyini ve neredeyse bobine değecek kadar yakın mesafeleri etkileyen bir elektromanyetik alan oluşturuluyor (yüzey dalgaları). Bu enerji alanı başka bir cihazı kablosuz olarak şarj etmekte kullanılıyor.

Radyasyon sisteminde bobinin yüzeyi ile sınırlı kalmayan, uzun menzilli elektromanyetik alanlar üretiliyor. Böylece cihazları şarj aletine yaklaştırmadan, örneğin başka bir odadan şarj etmek mümkün oluyor.

Aslında basit bir sistem: Yüksek frekanslı “enerji dalgaları” hızlı şarja izin veriyor ama menzilleri kısa. Düşük frekanslı “enerji dalgaları” ise uzun menzilli, fakat zayıf olduğu için şarj süresini uzatıyor.

Kablosuz kalp cihazı geliştirmenin zorlukları
Kalp cihazını kısa sürede şarj etmek için enerjik elektromanyetik dalgalara ihtiyaç var. Ancak, yüksek frekanslı bu dalgalar deri, kas ve kemik gibi canlı dokuların içine nüfuz edemiyor.

Düşük frekanslı enerji dalgaları ise uzun mesafeli ve insan vücudunun derinliklerine rahatlıkla nüfuz edebiliyor. Ancak, bu dalgalar da yeterli enerji taşımadığından kalp cihazlarını şarj edemiyor (tabii küçücük bir kalp cihazını şarj etmek için tepsi kadar büyük antenler kullanak istemiyorsanız). Pratik olmadığını görüyorsunuz.

Peki bu sorunu nasıl çözeriz? Radyo dalgaları kullanarak
Stanford Üniversitesi’nde çalışan bilim adamları, bir şekilde insan vücudunun içine nüfuz eden yüksek frekanslı enerji dalgaları kullanmaya karar verdiler. Aslında çözüm ellerinin altındaydı: Elektromanyetik dalgalar elektrik akımları ve manyetik alanlardan oluşuyor. Araştırmacılar, insan vücudunun içine kablosuz olarak enerji aktarmak amacıyla, elektrik akımlar ile manyetik alanları dönüşümlü olarak kullanmaya planladı. Böylece, enerji belirli aralıklarla elektrik akımı veya manyetik alan kullanarak iletilecekti.

Radyo dalgaları havada böyle yayılıyor, elektrik akımları ve manyetik alanlar halinde dönüşümlü olarak… İnsan vücudunun iyi bir iletken “olmaması” bu konuda çok işe yarıyor. Yoksa radyo dalgaları, insan vücudunu mikrodalga fırındaki pizza gibi ısıtırdı ve biz de hayati tehlike nedeniyle, kablosuz şarj teknolojisini kullanamazdık.

1,7 Gigahertz ile kablosuz enerji transferi
Bu yöntem, yüksek frekanslı enerji penetrasyonunu (iç organlara nüfuz gücü) artırdı ve kalp cihazına kablosuz olarak 10 kat daha fazla enerji aktarılmasını sağladı. Rakam verecek olursak, bilim adamları, 1 milimetre çapındaki bir bobin antene (tel sargı) kablosuz olarak 50 mikrowatt enerji transfer etmeyi başardılar. Bu da derinin beş santimetre altına yerleştirilen bir kalp cihazını şarj etmeye yeterliydi (normalde kalp cihazları 8 mikrowattla şarj olur).

Kalp cihazlarına yerleştirilecek 1 milimetre boyundaki anten, şarj olmak için kablosuz şarj aletinin olduğu yöne dönmek zorunda değil. Hasta, isterse şarj aletine arkasını dönerek mutfakta yemek yapabilir. Aslında marifet kalp cihazının küçük anteninde değil, şarj aletinin kablosuz enerji transfer etmek için kullandığı nispeten büyük antende: Bu antenin yön bağımlı “olmaması” gerekiyor.

Yön bağımlı olmayan antenler, hastaya hareket kabiliyeti kazandırmak açısından gerçek hayatta büyük kolaylık sağlıyor. Diğer kolaylık ise, bu antenlerin insan vücuduna aktarılabilen eneriji düzeyini 10 kat artırması. Bu da pratikte kalp cihazlarını 10 kat küçültebilmek anlamına gelir. Yüksek enerji transferi, milimetre boyundaki antenler yardımıyla, çok daha küçük cihazları şarj edebiliyor.

Hap gibi yutulan kameralar
Kablosuz şarj olan cihazlar tıp dünyasına büyük olanaklar sunuyor. Örneğin minyatür kameraları hap gibi yutabilir ve vücudumuzda kablosuz endoskopi yapabiliriz (bağırsakların iç görüntüsünü almak vb.). Kalbe veya beyne, ömür boyu kullanmak üzere, ritim düzenleyiciler veya uyarıcılar (stimülatör) takabiliriz. Bu da hipertansiyon hastalarında beyin kanaması ve kalp krizini önler. Hatta derimizin altına nüfuz cüzdanı, kredi kartı ve sağlık kartı (kan grubu vb) yerine geçen akıllı çipler yerleştirebiliriz.

Belki baskıcı rejimlerle yönetilen ülkeler de insanlara kontrol çipi takarak, herkesi robot kölelere çevirir. Kablosuz cihazların yapabilecekleri hayal gücünüzle ve teknolojiyle sınırlı.

Soldaki Resmi Açtığınızda: Solda, insan vücuduna 200 Mhz düşük frekanslı enerji transferi. Sağda 1,7 Ghz yüksek frekanslı enerji transferi. Kırmızı renk maksimum enerji alan dokuları, mavi ise hemen hiç enerji almayan dokuları gösteriyor. Resimde kalbin olduğu yere dikkat edin.

http://engineering.stanford.edu/news/stanford-engineers-create-tiny-wirelessly-powered-cardiac-device

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*