Ngày nay, công nghệ có thể đeo được đang trở nên phổ biến, nhưng bước tiếp theo là chuyển công nghệ từ trên cơ thể chúng ta sang bên trong chúng ta. Câu hỏi đặt ra là, làm thế nào để bạn cung cấp năng lượng cho một thiết bị sống dưới da của bạn?
Pin trong
Ngày nay, các thiết bị cấy ghép y tế đã được đặt bên trong bệnh nhân thường sử dụng pin bên trong. Pin lithium là loại phổ biến, nhưng không phải là loại bạn tìm thấy trong điện thoại của mình. Những cục pin này có nguy cơ phát nổ, bạn không muốn ở gần chúng khi điều đó xảy ra, càng không nên có một cục bên trong bạn! Máy tạo nhịp tim đã sử dụng pin lithium/iodine-polyvinylpyridine trong nhiều thập kỷ. Một công nghệ lần đầu tiên được cấp bằng sáng chế vào năm 1972! Đây là một ví dụ thực tế ban đầu về pin thể rắn vì nó có chất điện phân rắn chứ không phải lỏng.
Tuy nhiên, có nhiều vấn đề khác nhau khi sử dụng pin bên trong. Tất cả các loại pin đều có tuổi thọ giới hạn, điều đó có nghĩa là cuối cùng, bạn sẽ cần một quy trình để thay thế hoặc loại bỏ chúng. Công nghệ pin tiếp tục phát triển và đã có những tiến bộ như pin linh hoạt không chứa hóa chất độc hại. Vì vậy, đừng giảm giá tế bào năng lượng bên trong của loại này hay loại khác cho cấy ghép. Thậm chí đã có một số ý tưởng ngoài kia như sử dụng pin plutonium tương tự như các thiết bị cung cấp năng lượng cho các vệ tinh và máy bay ngoài hành tinh.
Một ngày nào đó, chúng ta có thể có những loại pin dung lượng cao, an toàn, lâu dài sử dụng các vật liệu như graphene có thể sạc lại nhanh chóng. Cảm ứng điện là một cách để sạc các loại pin này mà không cần dùng dây điện xâm lấn, nhưng tại sao không cấp nguồn trực tiếp cho bộ cấy của bạn bằng cảm ứng?
cảm ứng điện
Cảm ứng điện xảy ra khi năng lượng điện được sử dụng để tạo ra từ trường, từ đó tạo ra dòng điện trong cuộn dây tiếp nhận. Đây là cách sạc không dây hoạt động với điện thoại và bàn chải đánh răng điện kín. Cảm ứng không nhất thiết phải ở phạm vi ngắn như với sạc không dây phổ biến hiện nay.
Đã có một vài nỗ lực sạc không dây tầm xa với mục tiêu cuối cùng là một tương lai không dây thực sự. Vì vậy, đối với các thiết bị cấy ghép, bạn có thể cấp nguồn hoặc sạc chúng thông qua các cuộn dây truyền tải điện được lắp vào tường nhà bạn và các tòa nhà khác mà mọi người thường ở, chẳng hạn như các tòa nhà văn phòng.
Các nhà khoa học Stanford đã công bố những bước tiến lớn trong lĩnh vực này vào năm 2014. Họ đã tạo ra những bộ phận cấy ghép nhỏ có thể nhận điện không dây và sạc các thiết bị như máy điều hòa nhịp tim.
Chuyển đổi Glucose thành năng lượng
Glucose là một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất mà con người chúng ta sử dụng. Đó không phải là cách duy nhất để chúng ta có được năng lượng (ví dụ, cơ thể xeton là một cách khác), nhưng với một cơ thể chứa đầy năng lượng hóa học, tại sao không sử dụng nó để cung cấp năng lượng cho bộ phận cấy ghép?
Nếu chúng ta có thể tìm ra cách nào đó để chuyển đổi glucose trong máu thành năng lượng điện mà công nghệ của chúng ta cần, thì có thể không cần phải cắm pin vào người hoặc tự nổ bằng từ trường. Nó cũng có thể giúp bạn biện minh cho việc ăn thêm kem trước khi đi ngủ!
Đây không phải là một thiết bị lý thuyết, nó là một công nghệ thực sự được gọi là pin nhiên liệu glucose. Vào năm 2012, các nhà khoa học và kỹ sư của MIT đã thông báo rằng họ đã phát triển được một loại pin nhiên liệu glucose có khả năng cung cấp năng lượng cho các bộ phận giả thần kinh hoặc bất kỳ thiết bị điện tử nào khác trong cơ thể cần nước trái cây để hoạt động. Ý tưởng này đã xuất hiện ít nhất từ những năm 1970. Pin nhiên liệu glucose thậm chí còn được coi là nguồn năng lượng cho máy điều hòa nhịp tim thời kỳ đầu, nhưng cuối cùng pin điện phân rắn đã chiến thắng.
Một vấn đề với pin nhiên liệu glucose là chúng có thể tích trữ khá nhiều năng lượng, nhưng lại không thể giải phóng năng lượng một cách nhanh chóng và ở mức cần thiết cho các mô cấy hiện đại. Vào năm 2016, các nhà nghiên cứu đã công bố kết quả của việc sử dụng một thiết bị lai kết hợp pin nhiên liệu glucose với một siêu tụ điện, với kết quả đầy hứa hẹn.
Máy phát điện chạy bằng máu
Con người đã sử dụng dòng chảy của chất lỏng để tạo ra năng lượng trong nhiều thế kỷ. Guồng nước đã cung cấp năng lượng cơ học cho các nhà máy hoặc nâng nước để tưới tiêu. Ngày nay, chúng ta sử dụng các đập thủy điện để tạo ra năng lượng sạch nhờ trọng lực và vòng tuần hoàn nước do nhiệt từ mặt trời gây ra.
Vì vậy, tại sao không sử dụng dòng máu chảy qua hệ thống tuần hoàn của chúng ta để cung cấp năng lượng cho các máy phát điện nano? Năm 2011, các nhà khoa học Thụy Sĩ đã tiết lộ một tuabin nhỏ được thiết kế để nằm gọn trong tĩnh mạch của con người. Ý tưởng là khai thác một vài milliwatts từ 1-1,5 watt năng lượng thủy lực mà trái tim con người tạo ra. Rất nhiều năng lượng cho các thiết bị cấy ghép y tế và có lẽ một ngày nào đó sẽ là các thiết bị cấy ghép tiên tiến khác.
Lo lắng chính với máy phát điện nano là cục máu đông do nhiễu loạn. Cũng có mối lo ngại tương tự với tim nhân tạo hoặc thiết bị hỗ trợ tim sử dụng thiết kế dòng chảy liên tục. Chúng bao gồm Bivacor và Abiomed Impella. Mặc dù cho đến nay những vấn đề này dường như chưa được giải quyết triệt để, nhưng thử nghiệm trên người đang ở giai đoạn đầu nên mọi người vẫn đoán được liệu sự đông máu từ các thành phần bơm quay trong máu của chúng ta có gây ra vấn đề hay không.
Organ điện nhân tạo
Con người có thể không có máy phát điện riêng, nhưng lươn thì có! Lươn đã phát triển một thứ rất giống pin nhưng được làm từ tế bào sinh học. Bên trong lươn là một cơ quan tập hợp các tế bào hoạt động như một chất điện phân vào bất cứ thứ gì có thể mạ điện hiệu quả. Vậy tại sao không chế tạo một cơ quan nhân tạo cho con người để làm điều tương tự, nhưng sử dụng sức mạnh đó để chạy công nghệ cấy ghép trong tương lai?
Vào năm 2017, một nhóm các nhà khoa học đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature mô tả chi tiết “cơ quan” linh hoạt, tương thích sinh học của họ lấy cảm hứng từ lươn điện. Nhà máy điện nhỏ này sử dụng nước và muối để hoạt động, nhưng mục đích lâu dài là sử dụng chất dịch cơ thể để thay thế. Được cấy ghép với những kho dự trữ năng lượng sinh học này, bầu trời có thể là giới hạn khi nói đến công nghệ tích hợp với cơ thể chúng ta.