انرژی‌رسانی قابل اعتماد به دستگاه‌های پزشکی مبتنی بر باتری

دستگاه‌هایی که بصورت بی سیم و با باتری کار می‌کنند، در جامعه امروز به طور فزاینده‌ای فراگیر شده‌اند. با پیشرفت در تکنولوژی‌های بی‌سیم و باتری، همراه با کوچکتر شدن اجزای الکترونیکی که توان کمتری مصرف می‌کنند و ارائه خدمات مبتنی بر فضای ابری برای جمع‌آوری، تحلیل و انتشار داده‌ها، این دستگاه‌ها معمولاً در کاربردهای لوازم پوشیدنی، انواعی مختلفی از دستگاه پزشکی و همچنین در کاربردهای صنعتی و تجاری یافت می‌شوند.

تصویر ۱

همه دستگاه‌های مذکور، چه یک کنترل‌کننده گلوکز خون باشد، چه یک دستگاه پزشکی قابل قورت دادن یا قابل کاشت در بدن، چه یک ابزار خانه هوشمند باشند و چه یک ابزار مشاهده محیط زیست، همگی نیاز دارند که اندازه کوچک، عمر طولانی، قابلیت اطمینان، و سهولت استفاده داشته باشند. یکی از مشکلات اصلی که طراحان این محصولات با آن روبرو هستند، این است که دستگاه را چگونه در موقع نیاز روشن کنند.

روشن کردن یک دستگاه IoT تنها زمانی که نیاز است (یا خاموش نگه داشتن آن قبل از استقرار) اهمیت حیاتی‌ای دارند زیرا طراحان می‌خواهند از کوچک‌ترین و کم‌حجم‌ترین باتری ممکن استفاده کنند. به همین دلیل، افزایش عمر باتری همواره یکی از اهداف طراحی است؛ تخلیه باتری باید در طول استفاده و نیز قبل از اینکه روشن شود، به حداقل برسد.

یک مثال معروف، CGM است که برای افراد دچار به دیابت نوع ۱ یا نوع ۲ تجویز می‌شود. این دستگاه به بدن بیمار می‌چسبد و به طور مداوم سطح گلوکز او را تحت نظر دارد. اطلاعات بدست‌آمده به طور بی‌سیم به بیمار، پزشک، و یا به پمپ انسولین منتقل می‌شود. این دستگاه های CGM، باید بسیار کوچک، ضد آب و آسان برای وصل کردن باشند، و همچنین به مدت طولانی ای از یک باتری استفاده کنند.

سه گزینه اساسی برای برق‌رسانی به این دستگاه‌ها در محل استفاده یا استقرار وجود دارد. برای هر کدام از این گزینه‌ها، متغیرهای ضروری برای بررسی، عبارت از میزان تخلیه جریان باتری، اندازه باتری، حفاظت از نفوذ و کاربرپسند بودن هستند.

گزینه سوم استفاده از یک سنسور مغناطیسی در دستگاه است تا عملیات روشن کردن را آغاز کند. در این حالت، یک میدان مغناطیسی به سنسور اعمال می‌شود تا تغذیه دستگاه را روشن کند.

همچنین بخوانید -> ماژول سنسوری طراحی پوشیدنی های سلامتی و پزشکی را آسان‌تر میکند

میدان مغناطیسی معمولاً توسط یک آهن‌ربا تولید می‌شود که داخل بسته‌بندی محصول یا داخل یک مولفه کمکی دستگاه قرار دارد (مثلاً یک قعال‌کننده برای یک دستگاه مدیریت گلوکز). میدان مغناطیسی به وسیله کاربر با حرکت دادن یک آهنربا بصورت دستی در مقابل آن هم قابل اعمال است.

سنسور مغناطیسی برای حفاظت از نفوذ بسیار عالی است (چون در این روش تماس کمتر است). سنجش مغناطیسی همچنین مزیت بسیار زیادی در آسانی کاربرد، به خصوص هنگامی که آهن‌ربا را می توان در بسته‌بندی دستگاه قرار داد یا در یک مولفه کمکی ارائه می‌دهد. گاهی اوقات خود دستگاه به صورت دوبخشی طراحی می‌شود که باید در زمان پیاده‌سازی به هم متصل شوند.

از لحاظ میزان جریان نشتی، مطلوبیت سنجش مغناطیسی به طور کامل به تکنولوژی سنجش مغناطیسی بستگی دارد. تکنولوژی های قدیمی‌تر سنجش مغناطیسی، از نظر اندازه کوچک بودند اما در مصرف توان بالا بودند (به دلیل اثر هال) یا اینکه اندازه بزرگی داشتند، با مصرف توان صفر (سوئیچ های reed)

با این حال، بسیاری از وسایل جدید با یک فن‌آوری سنجش مغناطیسی جدیدتر به نام تونل مغناطیسی یا tunneling magnetoresistive (TMR) طراحی شده‌اند، که هم اندازه کوچکی دارد و هم مصرف توان بسیار پایینی دارد. در واقع، حسگرهای مغناطیسی TMR بهترین ویژگی‌های هر دو را ترکیب میکنند.

با معرفی فعلی دستگاه‌های جدید که برای ساده‌تر و امن‌تر کردن زندگی یا تماس برقرار کردن کمتر یا برای کنترل از راه دور طراحی شده اند، طراحان الکترونیکی مجبور به اتخاذ فن‌آوری‌های جدید برای بالا نگه داشتن الزامات در حال تکامل پوشیدنی‌ها، و دستگاه‌های IoT هستند. از نظر بهترین توانایی‌ها نسبت به اندازه کوچک، مصرف توان پایین‌تر، حفاظت از نفوذ، و سهولت استفاده، حسگرهای مغناطیسی و تکنولوژی TMR به طور خاص خیلی برای ممکن کردن طراحی های سابقاً ناممکن کمک می‌کنند.

امیدواریم مقاله انرژی‌رسانی قابل اعتماد به دستگاه پزشکی مفید بوده باشد.