برچسب: فراصوت

اینبار فناوری فراصوت به کمک دنیای سلامت و پزشکی می آید. با افزایش تقاضا برای دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت (ایمپلنت) در سراسر جهان، نگرانی‌ها در مورد قابلیت استفاده طولانی مدت و ایمنی بیمار نیز افزایش می‌یابد. دستگاه‌هایی مانند ضربان‌سازها، محرک‌های عصبی و سیستم‌های دارورسانی به دلیل افزایش جمعیت، بیماری‌های مزمن و آسیب‌های تصادفی، به طور فزاینده‌ای رایج می‌شوند.

اما با وجود پتانسیل نجات‌بخشی آنها، این ایمپلنت‌ها با یک محدودیت حیاتی همراه هستند. باتری‌ها در نهایت تمام می‌شوند و نیاز به تعویض دارند.

هر بار که این اتفاق می‌افتد، بیماران باید به اتاق عمل برگردند. این جراحی‌های مکرر خطرات و ناراحتی‌های جدی برای سلامتی ایجاد می‌کنند و شارژ مجدد باتری را به یک مشکل حل نشده حیاتی در این زمینه تبدیل می‌کنند. اکنون، یک تیم تحقیقاتی کره جنوبی ممکن است یک راه حل موفقیت‌آمیز پیدا کرده باشد.

شارژ سونوگرافی بدون سازش

پروفسور جینهو چانگ و تیمش در DGIST (موسسه علوم و فناوری دائگو گیونگبوک) یک سیستم شارژ بی‌سیم مبتنی بر سونوگرافی توسعه داده‌اند که می‌تواند باتری‌های دستگاه‌های کاشت را بدون جراحی به طور ایمن و کارآمد شارژ کند.

با افزایش تقاضا برای دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت در سراسر جهان، نگرانی‌ها در مورد قابلیت استفاده طولانی مدت و ایمنی بیمار آنها نیز افزایش می‌یابد.

لایه اول امواج فراصوت ورودی را دریافت و به برق تبدیل می‌کند. لایه دوم انرژی فراصوت باقیمانده را که از آن عبور می‌کند، جمع‌آوری می‌کند و انرژی اضافی تولید می‌کند. با ترکیب خروجی‌های هر دو لایه، این سیستم بیش از 20 درصد راندمان بالاتری نسبت به برداشت‌کننده‌های معمولی ارائه می‌دهد.

این تیم قبل از انتقال به مرحله ساخت، از شبیه‌سازی‌ها برای بهینه‌سازی طراحی برداشت‌کننده استفاده کرد. پس از ساخت، هر دو لایه به صورت الکتریکی متصل شدند تا کل توان خروجی به حداکثر برسد.

این دستگاه به چگالی توان 497.47 میلی‌وات در هر سانتی‌متر مربع در آب و کل توان خروجی 732.27 میلی‌وات دست یافت که برای شارژ کامل یک باتری 140 میلی‌آمپر ساعتی در 1.7 ساعت کافی است.

• پیشرفت چشمگیر در متد کریسپر : ویرایش همزمان چندین ژن

نتایج و عملکرد در دنیای واقعی

برای ارزیابی عملکرد در شرایط واقعی، محققان دستگاه را با بافت خوک به ضخامت 30 میلی‌متر آزمایش کردند تا بدن انسان را شبیه‌سازی کنند. حتی تحت این محدودیت‌ها، برداشت‌کننده 312.34 میلی‌وات انرژی تولید کرد. برای آزمایش بیشتر این فناوری، تیم چانگ دو آزمایش کلیدی انجام داد.

در آزمایش اول، آنها یک باتری تجاری ۱۴۰ میلی‌آمپر ساعتی را تنها در ۱ ساعت و ۴۰ دقیقه، با استفاده از یک سیستم زیر آب در فاصله ۳۰ میلی‌متری، به طور کامل شارژ کردند. در آزمایش دوم، با استفاده از بافت خوک با همان ضخامت برای شبیه‌سازی آناتومی انسان، یک باتری ۶۰ میلی‌آمپر ساعتی را در ۱ ساعت و ۲۰ دقیقه شارژ کردند.

هر دو نتیجه در سطح جهانی در نظر گرفته می‌شوند. توان خروجی به دست آمده بیش از دو برابر سیستم‌های شارژ فراصوت گزارش شده قبلی است.

پروفسور چانگ گفت: “این تحقیق یک فناوری نوآورانه را ارائه می‌دهد که به طور موثر انرژی فراصوت را که در گذشته به طور کامل مورد استفاده قرار نگرفته است، برای شارژ بی‌سیم دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت جمع‌آوری می‌کند.”

وی افزود که این تیم قصد دارد این فناوری را با پیشرفت‌های بیشتر تجاری‌سازی کند. “ما قصد داریم با ترکیب این فناوری شارژ بی‌سیم مبتنی بر فراصوت با اجزای نیمه‌هادی با راندمان بالا، سیستمی را که قادر به شارژ کامل در عرض یک ساعت است، تجاری‌سازی کنیم.”

در صورت موفقیت، این رویکرد می‌تواند نیاز به جراحی‌های مکرر را از بین ببرد. همچنین ممکن است در آینده نزدیک درهایی را به روی الکترونیک قابل کاشت کوچک‌تر، هوشمندتر و بادوام‌تر باز کند. کارشناسان معتقدند در صورت تجاری‌سازی این فناوری، کیفیت زندگی میلیون‌ها بیمار که به ایمپلنت‌های پزشکی وابسته‌اند، دگرگون خواهد شد.

برای اولین بار، دانشمندان دریافتند که جرقه های الکتریکی را می توان با استفاده از امواج فراصوت هدایت کرد. مطالعه‌ای که اخیرا توسط محققان اسپانیایی، فنلاند و کانادا انجام شد، روشی را کشف کرد که امواج فراصوت برق را از طریق هوا منتقل می‌کند.

محققان نشان دادند که این راهنمایی به این دلیل اتفاق می‌افتد که جرقه‌ها هوا را گرم می‌کنند که باعث انبساط و کاهش چگالی آن می‌شود. به گفته محققان، سپس هوای گرم توسط امواج مافوق صوت به مناطقی هدایت می‌شود که شدت صدا در آن‌ها بیشتر است و جرقه‌های بعدی به دلیل ولتاژ شکست پایین‌تر این مناطق هوای سبک‌تر را دنبال می‌کنند.

کنترل در فضای باز سخت است

با این حال، به گفته محققان، کنترل آنها در فضای باز دشوار است زیرا به شاخه های پر هرج و مرج تقسیم می شوند که تمایل دارند به سمت نزدیک ترین اجسام فلزی بروند.

دکتر مارزو از دانشگاه دولتی ناوارا، محقق اصلی، توضیح داد که در حالی که آنها این پدیده را بیش از یک سال پیش مشاهده کردند، ماه ها طول کشید تا به کنترل برسند و حتی زمان بیشتری برای درک مکانیسم زیربنایی. به گفته محققان، سطح کنترل جرقه های الکتریکی اجازه می دهد تا جرقه را در اطراف موانع هدایت کند یا به نقاط خاصی برخورد کند، حتی به مواد غیر رسانا.

کنترل دقیق جرقه ها

محققان همچنین اظهار داشتند که جرقه‌ها را فقط می‌توان با تخلیه‌های ناشی از لیزر، که در اصطلاح عامیانه Electrolysers نامیده می‌شود، هدایت کرد، که نیاز به استفاده از لیزرهای خطرناک و همچنین زمان‌بندی دقیق بین لیزر و تخلیه الکتریکی دارد.

روش توسعه یافته به جای لیزر از اولتراسوند استفاده می کند و برای چشم و پوست بی خطر است. محققان افزودند که این تجهیزات جمع و جور، مقرون به صرفه است و می تواند به طور مداوم کار کند.

• این کرم آزمایشگاهی میتواند صنعت رباتیک را متحول کند

پالس های لیزر می توانند تخلیه ها را هدایت کنند اما به توان بالایی نیاز دارند

پروفسور آری سالمی از دانشگاه هلسینکی گفت: “کنترل دقیق جرقه ها امکان استفاده از آنها را در کاربردهای متنوعی مانند علوم جوی، روش های بیولوژیکی و قدرت انتخابی مدارها فراهم می کند.”

این مطالعه که در مجله Science Advances منتشر شد، نشان داد که پلاسمای الکتریکی جرقه هایی را در هوا تشکیل می دهد که جریان الکتریکی را منتقل می کند. این جریان می تواند برق الکترونیکی با ولتاژ بالا را تامین کند، باکتری ها را از بین ببرد، حس لامسه ایجاد کند یا برای جوشکاری استفاده شود. با این حال، تشکیل جرقه آشفته است و کنترل آن سخت است. محققان تاکید کردند پالس‌های لیزر می‌توانند تخلیه‌ها را هدایت کنند، اما به قدرت بالایی نیاز دارند و کنترل آن مختل‌کننده و دشوار است.

جرقه الکتریکی 4 سانتی متری با استفاده از میدان های فراصوت به اطراف یک مانع هدایت شد

محققان در این مطالعه گفتند: “در اینجا، ما نشان می‌دهیم که میدان‌های فراصوت (اولتراسونیک) می‌توانند جرقه‌های پلاسما را حتی در اطراف موانع هدایت کنند. پرتوهای فراصوت را می‌توان به صورت پویا و در عرض میلی‌ثانیه هدایت کرد و امکان کنترل دقیق، غیرخطرناک و سریع جرقه‌های ولتاژ بالا را فراهم کرد.”

این پدیده را می توان برای کاربردها در سوئیچینگ ولتاژ بالا و درمان های پلاسما استفاده کرد. در این مطالعه، یک جرقه الکتریکی 4 سانتی متری با استفاده از میدان های اولتراسونیک به اطراف یک مانع هدایت شد.

محققان به این نتیجه رسیدند که جرقه الکتریکی هوا را گرم می کند. این هوای گرم شده منبسط می شود و در نتیجه چگالی آن کاهش می یابد. هوای با چگالی کمتر گرم شده توسط میدان فراصوت شکل می‌گیرد که آن را به مناطق با دامنه بالا هل می‌دهد و منطقه هوای با چگالی کمتر مسیر تخلیه ترجیحی است.

به گفته محققان، این در راستای تخلیه هدایت شده با لیزر است، اما به گفته محققان، ناحیه گرم شده هوا با چگالی کمتر توسط خود جرقه ایجاد می شود و توسط میدان اولتراسونیک شکل می گیرد.

جوسو ایریساری، نویسنده اول این نشریه از دانشگاه عمومی ناوار، گفت: “من از امکان استفاده از جرقه های بسیار ضعیف برای ایجاد محرک های لمسی کنترل شده در دست، شاید ایجاد اولین سیستم بریل بدون تماس، هیجان زده هستم.”