Vědci poprvé vytvořili kombinaci bezdrátového čipu umístněného v živém zvířeti, který je napájen na dálku a ovládá tep fungujícího srdce. Co bude následovat?
Spojení elektroniky a živé tkáně už je realizováno poměrně dlouho, a to nejen v rámci jednodušších zařízení ovládající srdce člověka (kardiostimulátor), ale také mozku.
Ve všech případech bylo ale nutné použít baterii nebo případné spojení kabelem mimo organismus. Jak už ale víme z běžných domácností, kabely jsou otravné a relativně dost věcí postupně spěje k bezdrátovému spojení, včetně přenosu energie.
Miniaturizace bezdrátového přenosu energie
Bezdrátové napájení je dnes dostupné třeba u vybraných tabletů nebo telefonů, bohužel zahrnuje poměrně rozměrnou cívku, kterou by asi nikdo z nás nechtěl mít v těle. Vědci ze Stanfordské univerzity ale našli způsob, jak přijímač energie výrazně zmenšit.
Současná generace kardiostimulátorů je obří a má tak řadu problémů
Klasickým problém současných technologií pro bezdrátový přenos energie jsou velké ztráty nejen v rámci vzdálenosti, ale i materiálu, který je mezi vysílačem a přijímačem. Po analýze dokázali vědci nají konkrétní vysoké frekvence, které jsou nejlepší z pohledu přenosu skrze živou tkáň s co nejmenšími ztrátami. Asi nikdo by nechtěl, aby mu u srdce nebo hlavy vysílala nějaká elektronika velkou dávku energie přímo do těla, kde se zbytečně absorbuje mimo přijímač.
Výsledkem je nejen speciální vysílač v podobě dírkovaného kovového plátku, který je napájen běžnou baterií z mobilu, ale také miniaturní drátový přijímač ve tvaru kruhu s průměrem pouze 0,8 milimetrů. V současné verzi je efektivita taková, že při vysílání 250 mW energie se skrz čtyři centimetry živé tkáně dostane k přijímači přibližně 10 mW.
Vědci nejdříve vytvořili počítačovou simulaci pro zjištění optimální konstrukce a frekvencí elektromagnetického zážení, které snadno pronikne živou tkání a bude mít malý negativní efekt na okolní tkáň (Zdroj: APS.org)
K přenosu energie se používají vysoké frekvence v oblasti gigahertzů, což se dříve předpokládalo, že nebude možné z několika ohledů – ztráty výkonu i nebezpečí pro tkáň. Vědci ale po řadě počítačových simulací našli přesné nastavení, které je optimální pro průnik tkání i minimální negativní efekt z ozáření.
Funkční prototyp kardiostimulátoru
Vytvořená technologie přenosu energie byla použita pro výrobu prototypu jednoduché kardiostimulátoru, který korigoval tep srdce králíka. Králík měl u srdce miniaturní elektronický čip, který obsahoval nejen zmíněný přijímač, ale i další komponenty pro elektrický impuls. To vše s miniaturními rozměry 3 mm, kdy se celé zařízení vejde na špičku prstu.
Prototyp nového kardiostimulátoru, který byl otestáván se srdcem králíka (Zdroj: Alexander J. Yeh)
Vysílač s baterií byl umístěn na králíkovi v přesně daném místě, aby došlo k co nejlepšímu zaměření a přenosu energie skrz tělo.
Řešení bylo otestované i na prasečí tkáni, srdci i mozku, což ukazuje další možnosti, kde lze tuto technologii použít. Zajímavostí je, že tým vědců rovnou založil společnost Vivonda Medical, která je zaměřená na finalizaci této technologie i pro použití u lidí.
Kromě použití coby miniaturního kardiostimulátoru v těle, lze totiž vyrobit podobně malé zařízení i pro DBS (Deep Brain Stimulation) pro zmírnění některých následků Parkinsonovy choroby a dalších nemocí.
Budoucnost nanobotů?
I když se jedná o poměrně jednoduchou technologií zaměřenou na řešení potíží u některých nemocí, možná ukazuje i budoucí možnosti bezdrátového napájení elektroniky, která nám třeba bude kolovat uvnitř těla. Koncept nanobotů už není žádná vědeckofantastická představa, s další miniaturizací bude možné sestrojit stroje menší než jsou třeba buňky a vědci už podobné nanostroje experimentálně vyrábí.
Budou nanoboti používat bezdrátový přenos energie? Pravděpodobnější varianta počítá s vlastním generátorem z tepla nebo pohybu v těle. (Zdroj: Nature)
Napájení nanostrojů pomocí bezdrátového přenosu by mohla být jedna z variant, jak jim předávat potřebnou energii a samozřejmě i informace. Vzhledem k vývoji získávání zdroje energie v nanorozměrech se ale spíše setkáme s tím, že nanoboti budou mít vlastní generátor, který bude čerpat energie třeba z tepla našeho těla nebo pohybu v krvi. V tak malých rozměrech je totiž potřeba opravdu velmi malé množství energie.