Biyoimplant uygulamaları için rezonant olmayan ve enerji hasadı yapabilen mikrojeneratör

Gün geçtikçe geliştirilmekte olan elektronik biyoimplantlar birçok sağlık sorununun izlenmesi ve tedavisinde etkin çözümler sunmaktadır. Örnek olarak basınç sensörleri, kalp pilleri, kas uyarıcıları ve glükoz sensörleri kalp rahatsızlıklarından diyabete kadar geniş bir yelpazedeki hastalıkların izlenmesi ve kontrolü için çare olabilecek niteliktedir. Bu aygıtları çalıştırmakta kullanılan piller, sınırlı enerji depolama yetenekleri nedeniyle sıklıkla değiştirilmeye ihtiyaç duymakta ve dolayısıyla bu aygıtların kullanımlarını sınırlandırmaktadırlar. Bu açıdan bakıldığında, vücut hareketlerinden enerji hasadı ile elektrik enerjisi üretmek, söz konusu aygıtların çalıştırılması noktasında alternatif bir çözüm sunmaktadır. Bu projenin amacı insanların normal aktiviteleri sırasındaki vücut hareketlerini vücut içerisindeki herhangi bir noktada elektrik enerjisine dönüştürebilen bir jeneratör geliştirmektir. Jeneratör, vücut ortamına uyumlu olacak şekilde 1 cm3'ten küçük ve biyouyumlu olarak tasarlanmıştır. Yürüme, koşma ve dönme gibi hareketlerin elektrik enerjisine dönüştürülmesi için elektromanyetik indüskiyon prensibi kullanılmıştır. Tasarımın önemli bir unsuru, rezonant olmayan bir yapının kullanılmasıdır. Bu nedenle farklı frekanstaki birçok hareketin elektriğe dönüştürülmesi mümkün olmuştur. Tasarım optimizasyonu için COMSOL programında simülasyonlar yapılmıştır. Jeneratör mikrofabrikasyon ve CNC teknolojileri ile üretilmiştir. Hareketli bir platform kullanılarak yapılan öncü testlerde 6.25 mV açık devre gerilimi ile 0.33 µW güce ulaşılmıştır. Aygıt, gerçek koşullardaki performansını ölçmek için bir bilekliğe entegre edilmiştir. Yürüme sırasında 4.4 mV açık devre voltajı ile 0.14 µW güç değerleri ölçülmüştür. Bu değerlerin koşma aktivitesi sırasında 6.85 mV ile 0.2 µW'a çıktığı görülmüştür. Elde edilen değerlerin artırılması için aygıtın iyileştirilebilir yönleri tartışılmıştır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, kendi kendine yetebilen ve pil değişimine ihtiyaç duymayan biyoimplantların geliştirilmesi için önayak niteliğindedir.