Page 25 - 能量採集技術開啟醫療應用新局

多年來，醫療裝置取得了巨大的進步，不僅拯救生命也幫助人們控制疾病。然而，其主要缺點之一 在於它所使用的電池需要更換或充電。如今，這種情況可能不會持續太久了，因為研究人員已經在 能夠採集能量的裝置上取得了進展，為開發人員和需要這些產品的應用帶來了新的選擇。
特別是基於射頻(RF)技術的 能量採集系統，更有助於限制電 池的使用，以及為整體應用市場帶 來優勢並提高安全性。無線裝置在 我們的日常生活中扮演舉足輕重的 作用:只要想想智慧型手機、電腦 以及我們對持續供電或電池更長 續航力的依賴有多麼頻繁就知道 了。預計在2020年至2025年間， 全球能量採集應用市場將大幅成 長22%。
無需更換心臟起搏器電池
當時認為該裝置距離商用還有五 年時間。
驅動全球能量採集市場成長 的主要力道之一來自於人工智慧 (AI)。雖然目前人工智慧演算法十 分強大，但也需要越來越多的資 料才能發揮最大效益。而這正是無 線電源興起的原因。無線電源已被 證實可靠且高效，可饋入AI以協助 做出更好的決定，特別是針對醫療 應用領域。
來自美國達特茅斯學院 (Dartmouth College)的研究人 員希望利用心臟的能量為起搏器 供電。如果這個想法實現了，就可 以省去那些更換電池的例行手術。
開發更多可在體內安全使用 的裝置
數以百萬計的人依靠起搏器和 其他植入式心臟裝置來保持心臟 正常功能。然而，這些東西每十年 或更早就需要更換電池。更換電池 就必須再為患者動手術。除了與那 些持續進行療程相關的費用之外， 任何手術都還有併發症的風險。
雖然這項研究目前尚未商用， 但對於醫療裝置製造商和醫生來 說，這一功能可能是一個極具吸引 力的賣點，他們可以評估哪些產品 最適合其病人需求。這一小巧的發 明可以安裝在現有的心臟起搏器 中，未來還可以進一步擴展以提供 諸如即時監測等功能。
研究團隊的目標是利用連接到 心臟起搏器導線的動能。他們使用 了一種稱為聚偏二氟乙烯(PVDF)的 聚合物壓電薄膜，如果採用多孔結 構設計，就可以將機械動作轉化 為電能。2019年，研究人員已在開 發和測試方面取得了長足的進展，
設計植入式醫療裝置的長期 挑戰之一，是找到一種足夠耐用 的材料，可承受體內嚴酷多變的情 況，而不至於引入有毒元素或其他 併發症。
COVER STORY
用於能量採集的壓電選項提 供了決定整體電力輸出的各種因 素。有些是內在的，如頻率常數壓 電元件。外在因素，如動作的加速 度和幅度也很重要。正如你可能想 像的，當利用這種效果時，材料的 選擇也至關重要。
圖1:美國研究人員開發了10美分硬幣大小的裝置，用於擷取心臟的動能並將其轉化為電能，為各種 植入式裝置供電。 (圖片來源:Dartmouth College)
許多用於壓電設計專案的材 料都是自然產生的，如牙釉質、骨 骼和晶體。然而，生物相容材料選 擇的另一個障礙是它們往往太硬 而無法順應人體表面。取決於用途 的不同，醫療裝置更需要類似繃帶 的柔韌性。
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