Улитка — часть внутреннего уха в виде разделённой на полости спирали. Внутри полостей содержатся жидкости с высокой концентрацией ионов натрия и калия, которые создают электрический потенциал на разделяющей полости мембране, когда звуковые колебания передаются улитке. Учёные из объединённой команды Массачусетского технологического института, Массачусетской клиники проблем глаза и уха и Гарвардского университета смогли использовать этот потенциал, чтобы обеспечить питанием микроэлектронное устройство, при этом не нарушив слух пациента.Такие имплантаты могут применяться для мониторинга состояния уха и терапии нарушений слуха или вестибюлярного аппарата. Необходимость исключить возможность влияния имплантата на слух налагает очень жёсткие ограничения на энергопотребление устройства — имплантат может использовать лишь крошечную долю энергии и без того не слишком мощной «батарейки». Поэтому в нём применены неординарные технические решения.
Имплантат содержит радиопередатчик, чтобы передавать собранные данные для обработки. Запитать его напрямую от мембраны улитки невозможно: не хватит ни напряжения, ни мощности. Чтобы обойти это ограничение, используется «блок питания», который постепенно заряжает конденсатор. Этот процесс занимает от 40 секунд до 4 минут. Когда накоплено достаточно энергии, устройство выходит на связь, транслируя пакет собранных за это время данных.
Ещё одна проблема — не только передатчику, но и вообще всей электронике имплантата недостаточно для нормальной работы напряжения, которое выдаёт улитка. Если конденсатор разрядится ниже определённого предела, устройство не сможет запуститься самостоятельно. Поэтому для «холодного старта» используется внешн��й радиочастотный импульс.
«Нам уже 60 лет известно о существовании биологической батарейки во внутреннем ухе и о её роли для слуха человека, но до сих пор никто не пытался использовать её энергию для питания электронных устройств» — говорит Константина Станкович, хирург-отоларинголог клиники проблем глаза и уха.
Учёные провели серию экспериментов на морских свинках, в ходе которых по обе стороны мембраны во внутреннем ухе животных были вживлены электроды. Сами устройства, питавшиеся от них, находились снаружи, но их размеры позволяют размещать их в полостях среднего уха человека. Никаких нарушений слуха у морских свинок в процессе работы имплантатов не выявлено.
Источник: MIT.