Les dispositifs biomédicaux implantables, tels que les stimulateurs cardiaques, les pompes à insuline et les neurostimulateurs, connaissent une certaine évolution. Grâce à la miniaturisation et à l’adoption des technologies sans fil, ces dispositifs offrent de nouvelles perspectives pour le traitement de diverses affections.
Toutefois, l’un des principaux défis réside dans l’alimentation énergétique de ces implants de nouvelle génération. Une équipe de scientifiques de l’Université de Penn State propose une solution innovante à ce problème, à travers le développement d’un dispositif de charge sans fil capable d’améliorer considérablement la capacité de charge tout en restant sûr pour l’organisme.
Une innovation dans la charge sans fil
Le dispositif mis au point par les chercheurs se distingue par sa capacité à collecter l’énergie à partir de sources de champ magnétique et d’ultrasons simultanément, convertissant cette énergie en électricité pour alimenter les implants. Publiée dans la revue Energy & Environmental Science, la recherche proposée marque une première dans le domaine, le dispositif étant le premier à exploiter ces deux sources d’énergie de manière simultanée avec une haute efficacité, tout en opérant dans les limites de sécurité pour les tissus humains.
« Notre dispositif pourrait ouvrir la voie à des applications biomédicales de nouvelle génération, car il peut générer une puissance 300% supérieure à celle des dispositifs actuels », explique Bed Poudel, professeur de recherche au Département des sciences et de l’ingénierie des matériaux à Penn State et co-auteur de l’étude. En combinant deux sources d’énergie dans un seul générateur, la puissance générée à partir d’un volume donné du dispositif peut être significativement améliorée, ce qui pourrait permettre de réaliser de nombreuses applications auparavant impossibles.
Vers des dispositifs bioélectroniques sans batterie
L’utilisation de cette technologie pourrait permettre de miniaturiser les dispositifs bioélectroniques sans batterie jusqu’à des dimensions millimétriques, facilitant leur implantation et permettant la création de réseaux distribués de capteurs et d’actionneurs pour mesurer et manipuler l’activité physiologique dans tout le corps. Cela rendrait possible des thérapies bioélectroniques précises et adaptatives, avec des risques minimaux ou une interférence avec les activités quotidiennes.
Les implants traditionnels, tels que les stimulateurs cardiaques, sont généralement alimentés par des batteries et chargés à l’aide de câbles. Cependant, la durée de vie limitée des batteries et la nécessité éventuelle d’une chirurgie pour les remplacer présentent des risques d’infection ou d’autres complications médicales. La charge ou l’alimentation sans fil des implants pourrait prolonger leur durée de vie, mais les technologies de charge sans fil conventionnelles peuvent ne pas être idéales à mesure que les implants continuent de rétrécir.
En synthèse
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qui rend ce nouveau dispositif de charge sans fil unique ?
Il est le premier à collecter l’énergie à partir de sources de champ magnétique et d’ultrasons simultanément, avec une haute efficacité et dans les limites de sécurité pour les tissus humains.
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Comment fonctionne le dispositif ?
Il utilise un processus en deux étapes pour convertir l’énergie du champ magnétique en électricité, grâce à une couche magnétostrictive et une couche piézoélectrique.
Quels sont les avantages de cette technologie pour les dispositifs implantables ?
Elle permet la miniaturisation des dispositifs, prolonge leur durée de vie et réduit les risques associés aux chirurgies de remplacement de batterie.
Quelles applications futures cette recherche pourrait-elle débloquer ?
Des thérapies bioélectroniques précises et adaptatives, ainsi que des réseaux distribués de capteurs et d’actionneurs pour une surveillance et une manipulation avancées de l’activité physiologique.
Quels sont les défis restants pour l’implantation de cette technologie ?
Optimiser davantage l’efficacité de la conversion d’énergie et garantir la compatibilité à long terme avec les tissus humains.
Références
Article : « Magnetic field and ultrasound induced simultaneous wireless energy harvesting » – DOI: 2024/ee/d3ee03889k
Légende illustration : Des chercheurs de l’État de Pennsylvanie, de gauche à droite : Bed Poudel, professeur de recherche, et Sumanta Kumar Karan, chercheur postdoctoral, tous deux au département de science et d’ingénierie des matériaux ; Sujay Hosur, candidat au doctorat, et Mehdi Kiani, professeur associé, tous deux à l’école d’ingénierie électrique et d’informatique, présentent un nouveau dispositif capable de capter simultanément l’énergie d’un champ magnétique et de sources d’ultrasons, convertissant cette énergie en électricité qui pourrait alimenter la prochaine génération d’appareils biomédicaux implantables. Crédit : fourni par Bed Poudel.
