웨어러블 기술은 요즘 보편화되고 있지만 다음 단계는 기술을 우리 몸에 있는 것에서 몸으로 옮기는 것입니다. 내부에 우리를. 문제는 피부 아래에 있는 장치에 전원을 공급하는 방법입니다.
내부 배터리
오늘날 이미 환자 내부에 있는 의료용 임플란트는 일반적으로 내부 배터리를 사용합니다. 리튬 배터리는 일반적이지만 휴대전화에서 볼 수 있는 배터리는 아닙니다. 이 배터리는 폭발할 위험이 있습니다. 그런 일이 발생했을 때 배터리 근처에 있고 싶지 않으며 내부에 배터리가 있어야 합니다! 심장 박동기는 수십 년 동안 리튬/요오드-폴리비닐피리딘 배터리를 사용해 왔습니다. 1972년 최초로 특허받은 기술! 이것은 액체 전해질이 아닌 고체를 가지고 있기 때문에 고체 전지의 초기 실용적인 예입니다.
그러나 내장 배터리를 사용하는 데에는 여러 가지 문제가 있습니다. 모든 배터리는 수명이 제한되어 있으므로 결국 배터리를 교체하거나 제거하는 절차가 필요합니다. 배터리 기술은 계속해서 발전하고 있으며 독성 화학물질이 없는 플렉서블 배터리와 같은 발전이 있었습니다. 따라서 임플란트에 대해 일종의 내부 전원 셀을 할인하지 마십시오. 인공위성 및 외계 탐사선에 전력을 공급하는 장치와 유사한 플루토늄 배터리를 사용하는 것과 같은 일부 외부 아이디어도 있었습니다.
언젠가 우리는 빠르게 재충전할 수 있는 그래핀과 같은 재료를 사용하여 안전하고 오래 지속되는 고용량 배터리를 갖게 될 것입니다. 전기 유도는 침습성 전선 없이 이러한 배터리를 충전하는 한 가지 방법이지만 유도로 직접 임플란트에 전원을 공급하는 것은 어떨까요?
전기 유도
전기 유도는 전기 에너지가 자기장을 생성하는 데 사용될 때 발생합니다. 그러면 자기장이 수신 와이어 코일에 전류를 생성합니다. 이것이 무선 충전이 휴대폰 및 밀폐형 전동 칫솔과 함께 작동하는 방식입니다. 유도는 오늘날 일반적인 무선 충전과 같이 근거리일 필요가 없습니다.
진정한 무선 미래를 궁극적인 목표로 하여 장거리 무선 충전에 대한 몇 가지 시도가 있었습니다. 따라서 이식형 장치와 관련하여 가정 및 사무실 건물과 같이 사람들이 일반적으로 사용하는 다른 건물의 벽에 내장된 전력 전송 코일을 통해 전원을 공급하거나 충전할 수 있습니다.
스탠포드의 과학자들은 2014년에 이 분야에서 큰 발전을 발표했습니다. 그들은 무선으로 전력을 수신하고 심장 박동기와 같은 장치를 충전할 수 있는 작은 임플란트를 만들었습니다.
포도당을 전력으로 변환
포도당은 우리 인간이 사용하는 가장 중요한 동력원 중 하나입니다. 이것이 우리가 에너지를 얻는 유일한 방법은 아니지만(예를 들어 케톤체는 또 다른 것입니다), 신체가 화학 에너지로 가득 차 있는데 왜 그것을 사용하여 임플란트에 동력을 공급하지 않습니까?
혈류의 포도당을 기술이 필요로 하는 전력으로 변환할 수 있는 방법을 찾을 수 있다면 배터리를 체내에 집어넣거나 자기장으로 스스로를 폭발시킬 필요가 없을 것입니다. 그것은 또한 자기 전에 여분의 아이스크림을 정당화하는 데 도움이 될 수 있습니다!
이것은 이론적인 장치가 아니라 포도당 연료 전지로 알려진 실제 기술입니다. 2012년 MIT의 과학자들과 엔지니어들은 신경 보철물이나 작동하기 위해 주스가 필요한 신체의 기타 전자 장치에 전력을 공급할 수 있는 잠재력을 지닌 작동 포도당 연료 전지를 개발했다고 발표했습니다. 이 아이디어는 적어도 1970년대부터 있었습니다. 포도당 연료 전지는 심지어 초기 심장 박동기의 전원으로 간주되었지만 궁극적으로 고체 전해질 배터리가 이겼습니다.
포도당 연료 전지의 한 가지 문제는 상당한 양의 에너지를 저장할 수 있지만 현대 임플란트에 필요한 수준으로 신속하게 방출할 수 없다는 것입니다. 2016년에 연구자들은 포도당 연료전지와 슈퍼커패시터를 결합한 하이브리드 장치를 사용하여 유망한 결과를 발표한 결과를 발표했습니다.
혈액 동력 발전기
인간은 수세기 동안 전력을 생산하기 위해 액체의 흐름을 사용해 왔습니다. 물레방아는 제분소에 기계적 동력을 제공하거나 관개용 물을 끌어올리는 데 사용되었습니다. 오늘날 우리는 중력에 의해 구동되는 청정 에너지와 태양열에 의해 유도되는 물 순환을 위해 수력발전 댐을 사용합니다.
그렇다면 순환계를 통한 혈액의 흐름을 사용하여 나노발전기에 전력을 공급하는 것이 어떻겠습니까? 2011년 스위스 과학자들은 인간의 정맥에 맞도록 설계된 작은 터빈을 공개했습니다. 아이디어는 인간의 심장이 생성하는 1-1.5와트의 수력에서 몇 밀리와트를 두드리는 것입니다. 언젠가는 의료용 임플란트와 다른 고급 임플란트에 전력을 공급할 수 있을 것입니다.
나노발전기의 주요 우려 사항은 난기류로 인한 혈전입니다. 연속 흐름 설계를 사용하는 인공 심장 또는 심장 보조 장치에 대해서도 유사한 우려가 있었습니다. 여기에는 Bivacor 및 Abiomed Impella가 포함됩니다. 지금까지는 이러한 문제가 발생하지 않은 것으로 보이지만 인체 실험은 초기 단계이므로 혈액에서 회전하는 펌프 구성 요소의 응고가 문제를 일으킬지 여부는 누구나 추측할 수 있습니다.
인공 전기 기관
인간은 자체 발전기를 가지고 올 수 없지만 뱀장어는 있습니다! 뱀장어는 배터리와 매우 흡사하지만 생물학적 세포로 만든 것으로 진화했습니다. 뱀장어 내부에는 전해질 역할을 하는 세포를 효과적으로 전기도금하는 기관이 있습니다. 그렇다면 똑같은 일을 하는 인간을 위한 인공 장기를 설계하고 그 힘을 미래의 이식 가능한 기술을 실행하는 데 사용하지 않는 이유는 무엇입니까?
2017년 과학자 팀은 전기 뱀장어에서 영감을 받은 유연하고 생체 적합성 “기관”을 자세히 설명하는 논문을 Nature에 발표했습니다. 이 작은 발전소는 물과 소금을 사용하여 작동하지만 장기적 의도는 대신 체액을 사용하는 것입니다. 이러한 생물학적 발전소가 이식되면 우리 몸과 통합되는 기술에 관해서는 하늘이 한계일 수 있습니다.
