Ряд моделей механических часов оснащены механизмом автоподзавода. Это очень удобная для владельцев часов технология, которая позволяет забыть о необходимости завода своих хронометров раз в сутки или около того. Сама технология далеко не нова — ей около 250 лет. Как оказалось, принцип автоподзавода можно использовать при создании кардиостимуляторов (водителей ритма) — в этом случае они становятся полностью автономными, внешний источник энергии не нужен.
Разработчики из Бернской университетской больницы в Швейцарии смогли создать технологию, которая позволяет кардиостимулятору получать энергию, генерируемую при пульсациях сердечной мышцы. По словам специалистов, вырабатываемого электричества вполне достаточно для того, чтобы вовсе отказаться от использования внешнего источника электричества — кардиостимулятор становится автономным.
В обычном случае сердечные ритмоводители размещаются рядом с пекторальной мышцей, подавая электрические сигналы в сердце. Основной задачей кардиостимулятора является поддержание или навязывание частоты сердечных сокращений пациенту, у которого сердце бьётся недостаточно часто, или имеется электрофизиологическое разобщение между предсердиями и желудочками (атриовентрикулярная блокада).
Для того, чтобы снабдить такое устройство электричеством, его оснащают батареями, которые необходимо регулярно заменять. Это требует дополнительного интрузивного вмешательства. «Самозаводящийся» водитель ритма может оставаться в организме человека многие годы без необходимости регулярного проведения операций по извлечению стимулятора и замене его батарей. Способ получения энергии, разработанный учеными, можно использовать и в других имплантируемых медицинских системах, которые также используют элементы питания.
Пока что технология прошла лишь технический этап тестирования, ее создатели доказали саму возможность создания автономного водителя ритма. Для того, чтобы технологию можно было использовать при создании кардиостимуляторов, специалисты должны провести долгосрочную оценку влияния таких систем на работу сердца. Один из разработчиков, Андреас Хаберлин утверждает, что вокруг девайса будет скапливаться жидкость, в то время, как окружающие области будут, наоборот, испытывать дефицит межтканевой жидкости. Тем не менее, он убежден, что организм человека самостоятельно сможет справиться с этой проблемой, хотя в месте вживления датчика и его «генератора» останутся шрамы. Также существует вероятность того, что ткань сердца в месте вживления имплантата будет сокращаться несколько хуже, чем «свободные» ткани незадействованных участков.
Прототип механизма генерации энергии при пульсации сердца
Сейчас ученые собираются проводить апробацию системы на животных, для того, чтобы изучить средне- и долгосрочный эффект влияния автономного кардиостимулятора на организм живых существ. Результаты работы ожидается получить в течение трех лет.
Что касается механических часов с автозаводом, то они заводятся от движений запястий владельца. Основой механизма автозавода является так называемый сектор — металлический полудиск, центр тяжести которого смещается к краю. Мастера размещают такой диск на специальной опоре, позволяющей диску вращаться совершенно свободно в разные стороны. Опора и шестерни передают энергию вращения диска пружине.
Схожий принцип задействован и в генераторе энергии для кардиостимулятора. Здесь колебания сердечной стенки также обеспечивают движение специального груза. При помощи математического моделирования ученые прояснили особенности работы системы и ее конструктивные элементы. Для проверки идеи ученые заказали часы с автозаводом у компании ETA, разобрали их, изучив сам механизм. После этого они заменили диск собственным, сделанным из платины (благодаря этому его можно сделать меньшим по размеру, но более тяжелым) и добавили микрогенератор из кварцевых часов для того, чтобы преобразовать механическую энергию в электрическую.
Конечно, напрямую, без защитных механизмов, такой кардиостимулятор работать не может. Обязательно необходима запасная батарея, которая будет снабжать водитель ритма энергией, если что-то случится с механизмом генерации энергии. Результаты своей работы ученые изложили в статье.
Есть и другие способы генерации энергии с использованием различных систем организма человека. Например, коллеги этой группы ученых, тоже из Берна, разработали миниатюрную турбину, которая генерирует ток при движении крови в сосудах. Есть и еще разработки, позволяющие получить энергию во внутреннем ухе человека или собирать «энергетический урожай» с разных органов, используя пьезоэлектрические материалы.
«Всегда есть альтернативные способы достижения важной цели, и я дума, что у нас у всех одна мотивация — заменить батареи в имплантируемых медицинских устройствах», заявил Хаберлин.
