美国斯坦福大学(Stanford University)宣布,该大学电子工程系助理教授潘淑欣(Ada Poon)等人成功向植入人体内约5cm处的微小受电元件进行了无线供电。据介绍,此次成功以1.7GHz的高频率向人体皮下深达5cm处进行无线供电这一成果,打破了原有常识。这一成果为向心脏起搏器、吞服型消化系统摄像头、人造内耳,以及送入血管内的无线导管等微小医疗器件无线供电开辟了道路。介绍该技术详情的论文已刊登在学术杂志《Applied Physics Letters》上。

电磁感应和电磁波的混合传输

此次,潘淑欣的研究小组通过组合基于电磁感应和电磁波两种方式的能量传输效果,成功地向位于体内5cm的直径约0.8mm的受电元件输送了50μW的电力。最近推出的起搏器以8μW工作,因此50μW的电力足够使用。

如果只向体内5cm的位置输送电力,那么使用更低的频率和更大的送受电天线即可。但较大的天线难以植入人体内,不实用。为此,潘淑欣的研究小组将包括天线在内的受电元件的尺寸控制了在直径0.8mm以下,并同时找到了使电力传输效率最大化的频率,发现在1.7GHz频率电力传输量最大。

据潘淑欣介绍,此次技术的另一特点是电力传送效率几乎不依赖于天线的方向。由于心脏等器官处于始终跳动状态,因此电力传送效率会随着天线的方向大幅增减的技术无法实用。潘淑欣等人通过改进送电天线的形状,解决了这一问题。此外,通过这一设计还提高了送电天线的指向性,能够防止供电元件周边的体内组织在电磁场及电磁波作用下受到多余的热量。

潘淑欣在2012年2月举行的半导体学会“IEEE International Solid-State Circuits Conference(ISSCC)2012”上发表了设想用于血管内、可采用无线供电的传感器元件(演讲序号:23.2)。此次发表的技术是进一步提高该元件的无线供电技术获得的结果。