To supply energy to implanted devic

To supply energy to implanted devices, wireless electromagnetic energy transfer is an effective and commercially proven technique. It involves transmitting electromagnetic energy into the body and collecting it via a coil or antenna. Low-frequency electromagnetic energy transfer is currently used in cochlear implants, radio-frequency identification (RFID) implants, retinal prosthetics, and neurostimulators (9, 20). The physical process underlying low-frequency wireless energy transfer is near-field electromagnetic induction. Near-field induction involves a transmitter coil generating a changing magnetic field, typically at carrier frequencies in ISM frequency bands such as 14 MHz and 27 MHz. The changing magnetic field induces an AC electrical current in a coil at the receiver. The AC signal is then rectified to DC and regulated to a stable voltage. Alternatively, rectification is not required if logic is operated directly off an AC supply (21).

Near-field wireless energy transfer results in electromagnetic fields that can heat tissue and generate electromagnetic interference on nearby electronics. Hence, the wireless link must meet regulatory guidelines, including those proposed by the FCC in the United States and the ETSI in Europe (22). For small implanted applications, where volume constraints limit the size of the receive coil, the practical range of energy transfer is limited to a few centimeters. To increase the transfer distance and increase efficiency, both transmitter and receiver can be tuned to induce resonant coupling (23). Alternatively, longer-distance communication can be achieved by operating at frequencies above hundreds of megahertz and employing far-field power transfer (19). However, often, these high frequencies cannot easily penetrate the skin, and channel losses in the body keep overall efficiencies low.

Energy gathering is most useful and flexible when harvesting ambient energy, in which the source of energy exists inherently as part of the system. This is not the case for near-field wireless energy transfer, where an explicit powered transmitter is required. An emerging approach that exploits true ambient energy is vibrational energy harvesting from the user's movement. Microscale vibrational energy harvesters have been shown to generate approximately 5 μW cm−3 from human motion (14). This has been applied to self-winding watches, which produce 5 μW on average and 1 mW when forcibly shaken. For higher-power applications, tens to hundreds of milliwatts can be harvested by scavenging energy from the heel strike of a person's gait (14).

For implanted applications, vibration-to-energy converters must be fabricated on the microscale (24). Microelectromechanical systems (MEMS) technology is ideal for these applications, as it allows for the fabrication of mechanical systems equal in size to a microchip. One example of MEMS technology is the MEMS energy harvester presented in Reference 16, which has been fabricated for a low-power biomedical system that includes a power controller and a programmable digital signal processor. The MEMS device operates as a transducer where mechanical motion results in a varying capacitance. Figure 2a presents the charge-constrained energy conversion cycle using the MEMS variable capacitor as part of a power converter. Charge is transferred to and from the variable capacitor when its capacitance is at a maximum and minimum, respectively. In Reference 16, this charge transfer must be synchronized; however, it is possible to reduce system complexity and power consumption with an asynchronous architecture (25). Figure 2b shows the fabricated MEMS prototype (26). The MEMS transducer implements a variable capacitor ranging from 2 pF to 260 pF and generates 5 μW of usable energy from a vibration source of 2520 Hz.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แหล่งพลังงานเพื่อฝังอุปกรณ์ พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไร้สายโอนเป็นเทคนิคมีประสิทธิภาพ และพิสูจน์ในเชิง ที่เกี่ยวข้องกับการส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไปในร่างกาย และเก็บรวบรวมผ่านขดลวดหรือเสาอากาศ ปัจจุบันมีใช้พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำโอนในประสาทหูเทียม ความถี่วิทยุ (RFID) รหัสเทียม ปลอมจอประสาทตา และเครื่องกระตุ้นประสาท (9, 20) กระบวนการทางกายภาพพื้นฐานส่งพลังงานไร้สายความถี่ต่ำจะใกล้เคียงการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เหนี่ยวนำใกล้เคียงเกี่ยวข้องกับเครื่องม้วนเหล็กสร้างสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง ที่ความถี่ที่ผู้ขนส่งในแถบความถี่ ISM เช่น 27 MHz และ 14 MHz สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงก่อให้เกิดเป็นกระแสไฟฟ้า AC ในคอยล์ที่ตัวรับสัญญาณ สัญญาณ AC แล้วแก้ไขการ DC และควบคุมแรงดันไฟคง อีกวิธีหนึ่งคือ แก้ไขไม่จำเป็นถ้าดำเนินการตรรกะตรงปิด AC อุปทาน (21)ผลการส่งพลังงานไร้สายในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความร้อนเนื้อเยื่อ และสามารถสร้างสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในบริเวณใกล้เคียงอิ ใกล้เคียง ดังนั้น การเชื่อมโยงไร้สายต้องตามแนวทางระเบียบ รวมเหล่านั้นนำเสนอ โดย FCC ของสหรัฐและ ETSI ในยุโรป (22) สำหรับขนาดเล็กฝัง ที่จำกัดปริมาณจำกัดขนาดของขดลวดรับ มายโอนพลังงานมีจำกัดกี่เซนติเมตร เพื่อเพิ่มระยะทางถ่ายโอน และเพิ่มประสิทธิภาพ ทั้งตัวส่งและตัวรับสัญญาณสามารถปรับแต่งเพื่อก่อให้เกิดการเรโซแนนซ์คลัป (23) อีกวิธีหนึ่งคือ การสื่อสารระยะห่างที่สามารถทำได้ โดยการทำงานที่ความถี่ข้างต้นหลายร้อยเมกะเฮิรตซ์ และใช้พลังงานฟาร์ฟิลด์โอนย้าย (19) อย่างไรก็ตาม มักจะ ความถี่สูงเหล่านี้ไม่ได้ง่ายเจาะผิว และขาดช่องทางในร่างกายให้ประสิทธิภาพโดยรวมต่ำรวบรวมพลังงานเป็นประโยชน์ และมีความยืดหยุ่นมากที่สุดเมื่อเก็บเกี่ยวพลังงานแวดล้อม ซึ่งแหล่งพลังงานมีอยู่เสมอเป็นส่วนหนึ่งของระบบ ไม่เป็นกรณีนี้ส่งพลังงานไร้สายใกล้ ที่ต้องส่งพลังงานที่ชัดเจน วิธีการใหม่ ๆ ที่ใช้พลังงานแวดล้อมที่เป็นจริงเป็นการดับพลังงานเก็บเกี่ยวจากการเคลื่อนไหวของผู้ใช้ เก็บเกี่ยวพลังงานดับ Microscale ได้รับการแสดงเพื่อสร้างประมาณ 5 μW cm−3 จากมนุษย์เคลื่อนไหว (14) นี้ได้ถูกใช้กับกลไกนาฬิกา ผลิต μW 5 บนเฉลี่ย และ 1 mW เมื่อบังคับให้เขย่า สำหรับการใช้งานสูง สิบถึงหลายร้อย milliwatts สามารถเก็บเกี่ยวพลังงาน scavenging จากตีส้นของของคนเดิน (14)งานฝัง สั่นสะเทือนพลังงานตัวแปลงที่ต้องประดิษฐ์บน microscale (24) เทคโนโลยีระบบ (MEMS) Microelectromechanical เหมาะสำหรับการใช้งานเหล่านี้ มันช่วยให้การผลิตของระบบเครื่องจักรกลขนาดเท่ากับมีไมโครชิพ ตัวอย่างหนึ่งของเทคโนโลยี MEMS คือ เก็บเกี่ยวพลังงาน MEMS ที่แสดงอ้างอิง 16 ซึ่งมีการประดิษฐ์สำหรับระบบการแพทย์พลังงานต่ำที่มีตัวควบคุมพลังงานและการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลโปรแกรม อุปกรณ์ MEMS ทำงานเป็นพิกัดการที่เคลื่อนไหวกลผลความจุแตกต่างกัน รูปที่ 2a แสดงวงจรแปลงจำกัดค่าพลังงานที่ใช้ตัวเก็บประจุตัวแปร MEMS เป็นส่วนหนึ่งของตัวแปลงพลังงาน ค่าธรรมเนียมจะถูกโอนย้าย และ จากตัวแปรของความจุสูงสุดและต่ำสุด ตามลำดับ ใน 16 อ้างอิง การโอนย้ายค่าธรรมเนียมนี้ต้องซิงโครนัส อย่างไรก็ตาม มันเป็นไปได้เพื่อลดระบบซับซ้อนและสิ้นเปลืองพลังงานกับสถาปัตยกรรมแบบอะซิงโครนัส (25) รูปที่ 2b แสดงแบบ MEMS ประดิษฐ์ (26) พิกัด MEMS ที่ใช้ตัวเก็บประจุเป็นตัวแปรตั้งแต่ 2 pF 260 pF และสร้าง μW 5 สามารถใช้พลังงานจากแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนของ 2520 Hz

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ในการจัดหาพลังงานให้กับอุปกรณ์การปลูกฝังการถ่ายโอนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไร้สายเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพและได้รับการพิสูจน์ในเชิงพาณิชย์ มันเกี่ยวข้องกับการส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไปในร่างกายและการเก็บรวบรวมผ่านขดลวดหรือเสาอากาศ ความถี่ต่ำการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าที่ใช้อยู่ในปัจจุบันประสาทหูเทียม, radio-frequency identification (RFID) รากฟันเทียมขาเทียมจอประสาทตาและ neurostimulators (9, 20) กระบวนการพื้นฐานทางกายภาพความถี่ต่ำการถ่ายโอนพลังงานไร้สายอยู่ใกล้สนามเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ใกล้สนามเหนี่ยวนำขดลวดที่เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณการสร้างการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กโดยทั่วไปที่มีความถี่ในการให้บริการคลื่นความถี่ ISM เช่น 14 MHz และ 27 MHz สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า AC ในขดลวดที่รับ สัญญาณ AC ถูกแก้ไขแล้วดีซีและการควบคุมการแรงดันไฟฟ้าที่มีเสถียรภาพ อีกวิธีหนึ่งคือการแก้ไขไม่จำเป็นถ้าตรรกะเป็นผู้ดำเนินการโดยตรงจากแหล่งจ่ายไฟ AC (21). ใกล้สนามผลการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถให้ความร้อนของเนื้อเยื่อและสร้างสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์อยู่บริเวณใกล้เคียง ดังนั้นการเชื่อมโยงไร้สายต้องเป็นไปตามแนวทางการกำกับดูแลรวมทั้งผู้ที่เสนอโดย FCC ในสหรัฐอเมริกาและในยุโรป ETSI (22) สำหรับการใช้งานเทียมขนาดเล็กที่ จำกัด ปริมาณการ จำกัด ขนาดของขดลวดได้รับช่วงการปฏิบัติของการถ่ายโอนพลังงานจะถูก จำกัด ไม่กี่เซนติเมตร เพื่อเพิ่มระยะทางในการโอนและเพิ่มประสิทธิภาพทั้งเครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณสามารถปรับเพื่อก่อให้เกิดการมีเพศสัมพันธ์จังหวะ (23) อีกวิธีหนึ่งคือการสื่อสารอีกต่อไปในระยะทางที่สามารถทำได้โดยการดำเนินงานที่ความถี่ดังกล่าวข้างต้นหลายร้อยเมกะเฮิรตซ์และการจ้างการถ่ายโอนอำนาจไกลฟิลด์ (19) แต่มักจะมีความถี่สูงเหล่านี้ไม่สามารถได้อย่างง่ายดายผ่านเข้าไปในผิวหนังและการสูญเสียช่องทางในร่างกายให้มีประสิทธิภาพโดยรวมต่ำ. รวบรวมพลังงานเป็นประโยชน์มากที่สุดและมีความยืดหยุ่นเมื่อการเก็บเกี่ยวพลังงานโดยรอบซึ่งในแหล่งที่มาของพลังงานที่มีอยู่โดยเนื้อแท้เป็นส่วนหนึ่งของระบบ กรณีนี้ไม่ได้สำหรับที่อยู่ใกล้เขตการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายที่ส่งสัญญาณขับเคลื่อนอย่างชัดเจนเป็นสิ่งจำเป็น วิธีการที่เกิดขึ้นใหม่ที่ใช้ประโยชน์จากพลังงานรอบที่แท้จริงคือการเก็บเกี่ยวพลังงานจากการสั่นการเคลื่อนไหวของผู้ใช้ ไมโครเกี่ยวข้าวพลังงานการสั่นได้รับการแสดงเพื่อสร้างประมาณ 5 ซม. μW-3 จากการเคลื่อนไหวของมนุษย์ (14) นี้ได้ถูกนำไปใช้นาฬิกาไขลานซึ่งผลิต 5 μWเฉลี่ยและ MW 1 เมื่อเขย่ากวาดต้อน สำหรับการใช้พลังงานที่สูงขึ้นหลายสิบหลายร้อยมิลลิวัตต์สามารถเก็บเกี่ยวโดยการขับพลังงานจากการนัดหยุดงานของส้นเท้าการเดินของคน (14). สำหรับการใช้งานปลูกฝังการสั่นสะเทือนเป็นพลังงานแปลงจะต้องประดิษฐ์บนไมโครนี้ (24) ไมโครเทคโนโลยี (MEMS) เทคโนโลยีที่เหมาะสำหรับการใช้งานเหล่านี้จะช่วยให้การผลิตของระบบกลเท่าขนาดไมโครชิป ตัวอย่างหนึ่งของเทคโนโลยี MEMS คือเก็บเกี่ยวพลังงาน MEMS นำเสนอในการอ้างอิงที่ 16 ซึ่งได้รับการประดิษฐ์สำหรับระบบชีวการแพทย์ที่ใช้พลังงานต่ำที่มีอำนาจควบคุมและประมวลผลสัญญาณดิจิตอล Programmable อุปกรณ์ MEMS ทำงานเป็นตัวแปลงสัญญาณที่ผลการเคลื่อนไหวทางกลในความจุที่แตกต่างกัน รูปที่ 2a นำเสนอวงจรแปลงพลังงานค่าใช้จ่ายที่ จำกัด โดยใช้ตัวเก็บประจุตัวแปร MEMS เป็นส่วนหนึ่งของแปลงพลังงาน ค่าใช้จ่ายจะถูกโอนไปและกลับจากตัวแปร capacitor เมื่อความจุของมันอยู่ที่สูงสุดและต่ำสุดตามลำดับ ในการอ้างอิงที่ 16 การถ่ายโอนค่าใช้จ่ายนี้จะต้องตรงกัน; แต่มันเป็นไปได้ที่จะลดความซับซ้อนของระบบและการใช้พลังงานที่มีสถาปัตยกรรมที่ไม่ตรงกัน (25) รูปที่ 2b แสดง MEMS ประดิษฐ์ต้นแบบ (26) MEMS transducer ใช้ตัวเก็บประจุตัวแปรตั้งแต่ 2 pF ถึง 260 pF และสร้าง 5 μWของพลังงานที่ใช้งานได้จากแหล่งการสั่นสะเทือนของ 2520 เฮิร์ตซ์

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การจัดหาพลังงานเพื่อฝังอุปกรณ์ การถ่ายโอนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าแบบไร้สายที่มีประสิทธิภาพและในเชิงพาณิชย์แล้ว เทคนิค มันเกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าไปในร่างกายและสะสมมันผ่านขดลวด หรือเสาอากาศ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่ต่ำ คือ การถ่ายทอดพลังงานที่ใช้ในปัจจุบันใน cochlear implants อาร์เอฟไอดี ( RFID ) หรือจอประสาทตารุนแรง และ neurostimulators ( 9 , 20 ) กระบวนการทางกายภาพพื้นฐานไร้สายความถี่ต่ำ คือใกล้ถ่ายโอนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ใกล้สนามเหนี่ยวนำที่เกี่ยวข้องกับตัวส่งขดลวดสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง มักจะใช้ความถี่ในแถบความถี่ 14 MHz ลัทธิเช่น 27 MHz การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า AC ในขดลวดที่ตัวรับสัญญาณ สัญญาณ AC เป็น DC แล้วแก้ไขและการควบคุมเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ อีกวิธีหนึ่งคือ การแก้ไข ไม่ต้องถ้าตรรกะการโดยตรงอุปทาน AC ( 21 )ใกล้สนามผลส่งพลังงานไร้สายในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความร้อนเนื้อเยื่อและสร้างสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ใกล้เคียง ดังนั้นการเชื่อมโยงไร้สายต้องเป็นไปตามหลักเกณฑ์ของข้อบังคับ รวมทั้งผู้ที่เสนอโดย FCC ในสหรัฐฯ และขณะเดียวกันในยุโรป ( 22 ) ขนาดเล็กใส่โปรแกรมที่จำกัดปริมาณ จำกัด ขนาดของได้รับขด ช่วงของการปฏิบัติของการถ่ายโอนพลังงานเพียงไม่กี่เซนติเมตร เพื่อเพิ่มระยะทางและการเพิ่มประสิทธิภาพ ตัวส่งและตัวรับสัญญาณสามารถปรับเพื่อก่อให้เกิดเรโซแนนซ์ แต่งงาน ( 23 ) หรือยาวระยะทางการสื่อสารสามารถทำได้โดยการปฏิบัติที่ความถี่สูงกว่าหลายร้อยเมกะเฮิรตซ์และพนักงานถ่ายโอนอำนาจไกล - นา - นา ( 19 ) แต่บ่อยครั้งที่ ความถี่สูงเหล่านี้ไม่สามารถเจาะผิวและช่องขาดทุนในร่างกายให้ประสิทธิภาพโดยรวมต่ำรวบรวมพลังงานที่มีประโยชน์มากที่สุดและมีความยืดหยุ่นเมื่อเก็บเกี่ยวบรรยากาศพลังงานซึ่งในแหล่งพลังงานที่มีอยู่อย่างโดยเนื้อแท้เป็นส่วนหนึ่งของระบบ กรณีนี้ไม่ได้สำหรับใกล้โอนพลังงานไร้สายที่ส่งสัญญาณที่ชัดเจนซึ่งจะต้อง วิธีการที่ใช้ประโยชน์จากความจริงที่เกิดขึ้นโดยพลังงาน vibrational พลังงานจากการเคลื่อนไหวของผู้ใช้ จุลภาคพลังงานการสั่นเก็บเกี่ยวได้ถูกแสดงเพื่อสร้างประมาณ 5 μ W cm − 3 จากการเคลื่อนไหวของมนุษย์ ( 14 ) นี้ได้ถูกนำมาใช้เพื่อไขลานนาฬิกาด้วยตนเองซึ่งผลิต 5 μ W เฉลี่ย 1 เมกะวัตต์ เมื่อถูกบังคับให้ต้องหวั่นไหว ให้พลังงานสูงกว่าการใช้งานหลายสิบหลายร้อยเครื่องมือที่สามารถเก็บเกี่ยวได้ โดยการใช้พลังงานจากส้นตี การเดินของคน ( 14 )เพื่อปลูกฝังการ สั่นสะเทือนเพื่อแปลงพลังงานต้องประดิษฐ์ในระดับจุลภาค ( 24 ) ไมโครเทคโนโลยี ( MEMS ) เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสำหรับการใช้งานเหล่านี้ จะช่วยให้การผลิตของระบบเท่ากับในขนาดชิปกล ตัวอย่างหนึ่งของเทคโนโลยี MEMS คือ MEMS เก็บเกี่ยวพลังงานเสนอในการอ้างอิง 16 ซึ่งมีการดัดแปลงแก้ไขให้พลังงานต่ำ ( ระบบที่มีตัวควบคุมพลังงานและตัวประมวลผลสัญญาณ ดิจิตอลแบบ โดยอุปกรณ์นี้ รวมทั้งตัวแปลงสัญญาณที่เครื่องจักรกลเคลื่อนผลลัพธ์ในที่ความจุ . รูปที่ 2A เสนอค่าใช้จ่ายคงที่วงจรพลังงานโดยใช้ตัวเก็บประจุตัวแปรซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของพลังที่แปลง ค่าใช้จ่ายจะถูกโอนไปยังและจากตัวแปรที่ตัวเก็บประจุเมื่อของความจุสูงสุดและต่ำสุด ตามลำดับ ในการอ้างอิง 16 นี้ ค่าธรรมเนียมการโอนต้องตรงกัน อย่างไรก็ตาม มันเป็นไปได้ที่จะลดความซับซ้อนของระบบและการใช้พลังงานที่มีสถาปัตยกรรมแบบอะซิงโครนัส ( 25 ) รูปที่ 2B แสดงประดิษฐ์ MEMS ต้นแบบ ( 26 ) ที่ซึ่งตัวแปลงสัญญาณใช้ตัวเก็บประจุตัวแปรตั้งแต่ 2 ถึง 260 PF PF และสร้าง 5 μ W ของพลังงานที่สามารถใช้งานได้จากแหล่งข้อมูลการสั่นสะเทือนของ 2520 เฮิร์ต