Улитка — часть внутреннего уха в виде разделённой на полости спирали. Внутри полостей содержатся жидкости с высокой концентрацией ионов натрия и калия, которые создают электрический потенциал на разделяющей полости мембране, когда звуковые колебания передаются улитке. Учёные из объединённой команды Массачусетского технологического института, Массачусетской клиники проблем глаза и уха и Гарвардского университета смогли использовать этот потенциал, чтобы обеспечить питанием микроэлектронное устройство, при этом не нарушив слух пациента.
Такие имплантаты могут применяться для мониторинга состояния уха и терапии нарушений слуха или вестибюлярного аппарата. Необходимость исключить возможность влияния имплантата на слух налагает очень жёсткие ограничения на энергопотребление устройства — имплантат может использовать лишь крошечную долю энергии и без того не слишком мощной «батарейки». Поэтому в нём применены неординарные технические решения.
Имплантат содержит радиопередатчик, чтобы передавать собранные данные для обработки. Запитать его напрямую от мембраны улитки невозможно: не хватит ни напряжения, ни мощности. Чтобы обойти это ограничение, используется «блок питания», который постепенно заряжает конденсатор. Этот процесс занимает от 40 секунд до 4 минут. Когда накоплено достаточно энергии, устройство выходит на связь, транслируя пакет собранных за это время данных.
Ещё одна проблема — не только передатчику, но и вообще всей электронике имплантата недостаточно для нормальной работы напряжения, которое выдаёт улитка. Если конденсатор разрядится ниже определённого предела, устройство не сможет запуститься самостоятельно. Поэтому для «холодного старта» используется внешний радиочастотный импульс.
«Нам уже 60 лет известно о существовании биологической батарейки во внутреннем ухе и о её роли для слуха человека, но до сих пор никто не пытался использовать её энергию для питания электронных устройств» — говорит Константина Станкович, хирург-отоларинголог клиники проблем глаза и уха.
Учёные провели серию экспериментов на морских свинках, в ходе которых по обе стороны мембраны во внутреннем ухе животных были вживлены электроды. Сами устройства, питавшиеся от них, находились снаружи, но их размеры позволяют размещать их в полостях среднего уха человека. Никаких нарушений слуха у морских свинок в процессе работы имплантатов не выявлено.
Источник: MIT.
Автор: ilya42
