Transmisión inalámbrica de potencia usando el cuerpo humano como conductor eléctrico

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El proyecto Electronic AXONs: wireless microstimulators based on electronic rectification of epidermically applied currents (eAXON, 2017-2022), obtenido gracias a una ayuda Consolidator Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés).

Fue otorgado a Antoni Ivorra, coordinador del Biomedical Electronics Research Group (BERG) del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF (España), y tiene por objetivo principal “desarrollar microestimuladores inyectables muy delgados y flexibles para la restauración de movimientos en parálisis“, explica Ivorra, investigador principal del proyecto.

Un objetivo subyacente de este mismo proyecto es ilustrar cómo se puede utilizar la conducción volumétrica (conocida también como acoplamiento galvánico) para la transferencia de energía inalámbrica a implantes electrónicos.

La conducción volumétrica se plantea como alternativa a las baterías o a la transferencia de energía inalámbrica basada en un acoplamiento inductivo, dado que estos dos métodos de alimentación implican que los implantes deben ser relativamente voluminosos para acoger los componentes necesarios para obtener la energía para su funcionamiento.

Uno de los principales parámetros de interés para saber si una tecnología tiene potencial para alimentar implantes es determinar la potencia máxima que pueden obtener los implantes utilizando la conducción volumétrica.

Así pues, el principal objetivo de una investigación publicada en la revista IEEE Access ha sido determinar mediante ecuaciones la potencia máxima que puede obtener un implante utilizando conducción volumétrica cuando las corrientes que se aplican son seguras según estándares de seguridad eléctrica.

Son sus autores Marc Tudela, Laura Becerra-Fajardo, Aracelys García-Moreno, Jesús Minguillon y Antoni Ivorra.

“Hoy en día el principal elemento que obstaculiza el desarrollo de implantes mínimamente invasivos es el método en que éstos obtienen la energía.

En este sentido, consideramos que la conducción volumétrica tiene potencial para solucionar este problema.

La conducción volumétrica nos permite desarrollar dispositivos filiformes que podemos implantar por inyección“, explica Tudela.

El método de transferencia de energía inalámbrica por conducción volumétrica consiste en utilizar los propios tejidos del cuerpo como canal de transmisión de la energía eléctrica.

Utilizando un sistema externo, se aplican corrientes eléctricas a través del cuerpo humano y estas corrientes fluyen por los tejidos y una pequeña parte son drenados por los implantes.

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Así es como los implantes obtienen la energía necesaria para su funcionamiento.

Lo que resulta innovador de la propuesta de los autores es la forma filiforme de los implantes, que permite que éstos puedan ser inyectados sin necesidad de cirugía, y la utilización de corrientes de alta frecuencia (> 5 MHz) aplicados en forma de ráfagas, que permite que estos sean totalmente inocuos e imperceptibles.

Para producir potencias de milivatios en los implantes, los autores proponen la aplicación de corrientes con magnitudes del orden de unos pocos amperios para las que el sistema externo debe generar tensiones en torno a unos pocos cientos de voltios.

Estas magnitudes serían muy dañinas si correspondieran a corrientes alternas de una frecuencia como la de la red de distribución eléctrica (50 Hz).

Esto se evita totalmente utilizando frecuencias más elevadas.

Concretamente, los autores proponen el uso de corrientes alternas con una frecuencia superior a 5 MHz.

Los autores del trabajo publicado en la revista IEEE Access han obtenido unos modelos matemáticos que les han permitido determinar la potencia máxima local que puede obtener un implante utilizando conducción volumétrica en función de las dimensiones del implante, su carga electrónica y las propiedades del tejido en donde estará ubicado.

Finalmente han validado estos modelos in vitro utilizando una solución salina que emula las propiedades eléctricas de los tejidos humanos y han obtenido una buena correlación entre los resultados experimentales y los analíticos.

Así pues, los resultados del estudio revelan que aplicando corrientes eléctricas de alta frecuencia en forma de ráfaga -inocuas para el cuerpo humano y que cumplen los principales estándares internacionales de seguridad, se pueden obtener potencias superiores a 1 mW en implantes muy delgados (sección inferior a 1 mm) y cortos (longitud inferior a 15 mm).

Estos dispositivos podrán ser fácilmente implantados utilizando un procedimiento percutáneo muy parecido a una inyección.

“Otro resultado interesante que hemos obtenido es que la aplicación de las corrientes eléctricas de alta frecuencia en forma de ráfagas, en lugar de hacerlo de manera continua, permite maximizar la potencia obtenida en los implantes“, comenta Tudela.

Y añade este mismo investigador, “nuestros resultados indican que un implante con una sección de tan sólo un milímetro y una longitud de un centímetro podría obtener aproximadamente 100 veces la potencia que necesita actualmente un marcapasos“.

Fuente: Noticias de la Ciencia