Production d’énergie piézoélectrique pour les implants médicaux

Production d’énergie piézoélectrique pour les implants médicaux

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Des chercheurs ont mis au point un prototype de transducteur de récupération d'énergie destiné aux implants médicaux, tels que les stimulateurs cardiaques (pacemakers), utilisant le mouvement naturel des vaisseaux sanguins liés au cœur pour générer une puissance critique.
Par Daniel Cardon

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La récupération d’énergie dans le corps humain (environ 100 W de consommation au repos) sous différentes formes apparaît comme une source d’alimentation presque parfaite pour les dispositifs médicaux implantés, mais des problèmes pratiques ont empêché son adoption. Une équipe de recherche de la Thayer School of Engineering du Dartmouth College a collaboré avec UT Health San Antonio (filiale de l’Université du Texas) a mis au point un nouveau moyen de fabrication d’un générateur piézo pour ces dispositifs médicaux.

Leur approche utilise une combinaison de matériaux de conversion d’énergie à couche mince avec une conception mécanique peu invasive. Les travaux et les résultats sont détaillés dans l’article intitulé  “Flexible Porous Piezoelectric Cantilever on a Pacemaker Lead for Compact Energy Harvesting”publié dans Advanced Materials Technologies.

Fournir de l’énergie par un implant  est un défi de taille. Il faut créer une source d’énergie efficace pour que l’appareil fonctionne tout au long de la vie du patient, sans qu’il soit nécessaire pour celui-ci de subir une intervention chirurgicale pour remplacer la pile. L’appareil ne doit pas interférer avec le fonctionnement du corps. Il doit de plus être biocompatible, léger, flexible et discret, et être non seulement compatible avec la structure actuelle du stimulateur cardiaque, mais également évolutif pour la multifonctionnalité future.


Fig 1 Récupération d’énergie à double cantilever en PVDF-TrFE sur le fil de l’AICD (A). Image de l’analyse vidéo d’un stimulateur cardiaque implanté (B). Un récupérateur d’énergie à double cantilever au sein d’un tube souple sur la sonde AICD du stimulateur cardiaque (C). (Source: Thayer School of Engineering à Dartmouth College).

Pour construire le transducteur qui va générer du courant, les chercheurs ont utilisé une combinaison de matériaux de conversion d’énergie à couche mince et une approche mécanique peu invasive. Ils ont exploité l’énergie cinétique d’un fil conducteur associé aux battements du cœur, puis l’ont convertie en électricité pour charger en continu les batteries. Le matériau générateur de puissance est un film polymère piézoélectrique spécialisé appelé polyfluorure de vinylidène-trifluoroéthylène (PVDF). -TrFE), conçu avec des structures poreuses et intégré dans un cantilever flexible.


Fig. 2: Illustration du schéma du principe poreux, récupérateur d’énergie piézoélectrique (A); flexible poreux Film mince de PVDF-TrFE (B); et image au microscope électronique à balayage de la section transversale du film mince (C). (source: Thayer School of Engineering du Dartmouth College).

La sortie maximale était de 0,5 V et 43 nA  à 1 Hz, soit un peu plus de 20 nW. En ajoutant une petite masse d’épreuve de 31,6 mg sur la pointe de la pointe à double cantilever, la puissance délivrée a été augmentée d’un peu plus de 80%, cette masse supplémentaire ayant permis un rayon de courbure plus important qui a permis d’augmenter la puissance électrique du générateur.

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