Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

برداشت انرژی زیستی برای تامین توان افزاره‌های کاشتنی هوشمند و متصل بدون باتری

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

10.22041/ijbme.2026.2089529.2035
چکیده
دستاورهای اخیر میکروالکترنیک در توسعه مدارهای الکترونیکی مقیاس کوچک با قابلیت حسگری و ارسال داده‌‍‌ها، زمینه گسترش نسل جدیدی از افزاره‌های پزشکی کاشتنی (ایمپلنت) و پوشیدنی با اتصال بی سیم را فراهم نموده است که می‌توانند با استفاده از اینترنت اشیاء، زمینه ساز ایجاد زیر ساخت پزشکی از راه دور شوند. پردازش و ارتباط بی‌سیم داده، موجب افزایش مصرف توان و کاهش طول عمر باتری می‍شود. این افزایش مصرف توان، در افزاره‌های کاشتنی در بدن موجب کاهش فاصله بین جراحی‌های تعویض باتری می‌شود که بیمار را با خطرات ناشی از آن مواجه ‌می‌کند. بنابراین، گلوگاه اصلی توسعه نسل جدید افزاره‌های پزشکی هوشمند و متصل، باتری‌ها هستند که به عنوان منبع اصلی تامین افزاره‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در سال‌های اخیر روند پژوهش‌ها به سمت حذف باتری از طریق جایگزینی آن با برداشتگرهای انرژی زیستی از بدن پیش رفته است.



این مقاله ابتدا به بررسی آخرین دستاوردهای پژوهشی در زمینه توسعه برداشتگرهای انرژی زیستی پرداخته و دسته بندی کلی توان مصرفی انواع افزاره‌ها و سطح توان قابل استحصال از منابع انرژی زیستی بدن ارائه می‌نماید. در ادامه با تمرکز بر نوع لرزش به الکتریسیته، به ارائه یک راهکار جدید مبتنی بر استفاده از برداشتگرهای انرژی پیزوالکتریکی چندلایه خمشی در کاربرد تامین توان افزاره‌های پزشکی کاشتنی، می‌پردازد. در این راستا، علاوه بر ارائه روش تحلیل، یک الگوریتم برای طراحی برداشتگرها بر مبنای تحلیل طیف فرکانسی پیشنهاد می‌شود. در بخش نتایج، به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، عملکرد یک نمونه برداشتگر انرژی زیستی حرکتی مبتنی بر بیم خمشی از طریق آزمون‌های عملی در خارج از بدن، مورد بررسی قرار گرفته و نتایج عملی مورد بحث و مقایسه قرار می‌گیرند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Bioenergy Harvesters for Powering Battery-less Smart and Connected Implantable Medical Devices

نویسندگان English

Mina Amiri
AhmadReza Tabesh
Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

Recent advances in microelectronics technology enables development of miniaturized smart and connected wireless implantable and wearable medical devices which can establish a telemedicine infrastructure through the Internet of Things (IoT). The edge processing and wireless connection of these devices increase the need to power. This rise in power consumption in implantable devices shorten the interval between battery replacement surgeries, which exposes the patient to many risks. Therefore, the main bottleneck in the development of the new generation of smart and connected medical devices is the batteries, which are used as the main source of power for medical devices. In recent years, the focus has moved towards eliminating the battery by replacing it with bioenergy harvesters from the body.



We first investigate the latest research achievements in the field of developing bioenergy harvesters including the level of power that can be extracted from the body's bioenergy resources. Then, we present various devices based on their power consumptions. Next, focusing on the vibration to electricity energy harvesters, we propose a novel solution based on the use of multilayer bending piezoelectric energy harvesters in the application of power supply for implantable medical devices. In addition to presenting the analysis method, an algorithm for designing harvesters based on frequency spectrum analysis is proposed. In the results section, a prototype of a vibration bioenergy harvester based on bending vibration is developed, investigated through practical in vitro tests, and the experimental results are discussed and compared.

کلیدواژه‌ها English

Battery-less Implants
Bioenergy harvesting
Piezoelectric Beam
Telemedicine
Internet of Things

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 09 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 03 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 17 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 09 شهریور 1405