Güvenilir güç teslimatı, uzun süreli tıbbi robot cihazlarının evriminde en inatçı mühendislik şişelerinden biri olarak kalır. Cerrahi robotlar, uzun süreli tedavi müdahalelerine ilişkin uzun süreli tedavi prosedürlerinden bile faydalanır - ve sonunda tamamen implanta, iletim ve güvenlik giderek daha akut bir gerçek haline gelir.

Tıbbi Robotlar için Güç Tedarikinde Zorluklar

Battery Kapasitesi ve Longevity Limitations

En acil konu batarya hayatıdır. Current lityum-ion kimyagerler, gelişmişken, sürekli tükenen robotları ve implantatif sensörleri sınırlamaktadır, bu da hem pahalı hem de aktif prosthetic uzuvları için.Çok saatlik bir prosedürün ortasındaki cihazlar için bile geçerlidir.

Dahası, şarj-discharge döngülerinin sayısı zaman içinde batarya kimyası. Bir hastanede kullanılan bir robot, batarya kapasitesinin iki yıl içinde 20-30 oranında düşmesini görecek ve bu döngünün toplam maliyetine ekleyecek cihazlar için özellikle problemli bir durumdur.

Güç İstikrarı ve Kritik Çevrelerde Güvenlik

Tıbbi robotlar, gerilim dalgalanmalarının yaşam boyu veya en kötü sonuçlar doğurabileceği ortamlarda çalışır. Güç tedariki malzemelerinin birden hassas tıbbi görüntüleme ekipmanlarında da bir damlalık, MRG veya ultrason taramalarına neden olabilir. Tersine, hastaneden elektromanyetik müdahale, bir robotun kontrol elektroniki, geri bildirim döngüsü oluşturmak için bir risk oluşturabilir.

Termal Yönetim ve Boyut Konsoloslukları

Yüksek kapasiteli bataryalar ısı yaratır, özellikle hızlı bir şekilde deşarj sırasında. Kompakt bir robot şasi, bir trocar veya prosthetic soketi içinde, cihazın yüzeyinin üzerindeki ısıyı yükseltmeden ayırarak, (özellikle de 41°C) büyük bir ısı batağı veya aktif soğutma artışı sağlar.

Kablosuz Müdahale ve İletişim Gücü Çizim

Birçok uzun süreli tıbbi robotlar kontrol ve veri geri bildirimleri için kablosuz iletişime güveniyor.Sürekli bir radyo bağlantısının korunması önemli bir güç, özellikle robotun kalın vücut dokuları veya koruyucu çalışma odaları aracılığıyla çalışması gerektiğinde, yüksek çözünürlüklü bir robotdan yüksek çözünürlüklü video iletmesi gerekiyordu, örneğin, dikkatli bir şekilde yönetilmediğinde bir bataryayı birkaç dakika içinde boşaltabilir.

Power Supply Challenges'a çözümler

Gelişmiş Battery Chemistries

Daha uzun vadede en doğrudan yol, gelişmiş enerji depolaması ile birliktedir.ETHFLT:0)Lithium-ion aküler) işhorsuna devam ediyor, ancak yüksek çözünürlükte artışlar ve kedisi, demir veya elektrolit ile belirli bir enerji yükselterek, %90 Wh / kg'dan fazla elektrolit, güvenlik ve döngüyü güçlendiriyor.[D)

[FONT:0]Lithium-sulfur bataryaları teorik enerji yoğunluğu 2,600 Wh/kg, ancak pratik uygulamalar hala polisulfide kapalı ve düşük çevrim uygulamaları ile doludur.Tek bir prosedür olmayan mühendisler için de araştırılabilir.

Kablosuz Güç Transfer Sistemleri

Fiziksel bağlantıları tamamen kablosuz güç transferi (WPT) bir dönüştürücü yaklaşımdır.ETHFLT:0)Inductive coupling) zaten tüketici cihazlarında kullanılır ve tıbbi robotlar için uyarlanır.Sistem vücut dışında bir bant iletir; tam olarak şarj edici frekansları ile, yüksek çözünürlükte% 80'in üzerindeki effici maliyetler birkaç santimetreden fazla şarj edilebilir.

[FONT:0)Ultrasonik güç transferi[Dönetici:0)[Döneticileri manyetik alanlara kadar akustik dalgalar kullanan ortaya çıkan bir alternatiftir. Ultrasound, metal implantlar tarafından daha az etkilenebilir, ancak dokudaki daha düşük verimlilik (tipik olarak% 20-40) transdüser dizilerin dikkatli bir optimizasyonu gerektirir. AIEEE Transactions on Biomedical Engineering)

[FONT:0)Mid-field kablosuz güçlendirici[Dönetici: 0 ), hedefli ve evlendirici dalgalar arasındaki darbeyi kullanan mikrorobot yığınlarını kullanan, vücut içindeki milimetre büyüklükteki cihazlardan şarj etme yeteneği göstermiştir.

Hybrid Systems: İç Buffering ile Kablosuz Şarj

Çoğu pratik çözüm, kablosuz güç transferini küçük bir iç batarya veya süper kapasite ile birleştirir. Kablosuz bağlantı hileli robotlara izin verir, çünkü bu hibrit yaklaşım, geri kalan dönemlerde sürekli şarj sağlar.

Vücut ve Ortamdan Enerji

Gerçekten de uzun vadeli bir operasyon için, jest enerjiyi vücudundan uzaklaştırmak en son hedeftir.ETHFLT:0)Kinetic enerji hasatçıları [Döneticileri, solunum hareketi veya yürüme adımları, jzoelektrik veya elektromanyetik transducers kullanarak elektrik enerjisine dönüştürebilir.[Dönetici) Yüzeysel bir vücut için 10-100 μWtilever ile donatılmış bir kardiyak hız cihazı (37-32-150)

Bio yakıt hücreleri Yakıt olarak kan şekeri kullanmak, implant edilebilir robotik için umut verici bir yöndür. Enzymatik glukoz yakıt hücreleri, 0,5-2 mW/cm2 enerji hasatlarının en iyi şekilde kullanılmasını sağlar, ancak yaşam boyu enzimi azaltılır. Mikrobial yakıtlar

Backup Power ve Red dışı Architectures

Güç kaynağı yetersizdir. Uzun vadeli tıbbi robotlar, güç kaybının lütufla idare edilmesi için başarısız mekanizmalar dahil etmelidir.AİLMİŞT:0) Güvenli bir güç tedariki (UPS)), robotun tırma istasyonunu entegre ederek, cihazda acil durum dalgalanmaları için canlı tutabilir.In portatif veya implant edilebilir robotlar için, ikincil bir batarya - küçük bir cep telefonuna sahip olmak - güvenli bir kapanma ve kablosuz sıkıntı için acil güç sağlar. Superkapılar ultra hızlı şarj / kesintiye maruz kalabilirler ve acil durum patlamaları için yüksek bir patlamalar sunabilirler.

Birçok tıbbi robot tasarımları şimdi de var: 0,0. güç tedarikinde tek bir hatanın tehlikeli bir duruma yol açmaması gerekir.Bu, her güç-kırık alt sistemi, milisaniyelerde ikincil bir kaynağa geri dönebilmeli anlamına gelir.

Güç Yönetimi ICs ve Akıllı Algoritmalar

Verimli olarak mevcut enerjiyi kullanmak, onu depolamak için önemlidir. ModernurFLT:0) Güç yönetimi entegre devreleri (PMICs)), tıbbi cihazlar için tasarlanmış birden fazla gerilim rayları, dinamik gerilim ölçeklendirme ve enerji-aware yükü geçişi. Sadece nanoamp aralığına göre quiescent akımları azaltabilir ve hafızayı ve gerçek zamanlı saat işlevlerini destekler. Örneğin, Texas Instruments BQ25628 güç yönetimi (muhtemelen işitme cihazı ve enjektif monitörlerde kullanılır) sadece 6 μA'yı ayağa kaldırır.

Akıllıca:0) Enerji-aware zamanlama algoritmaları[Dönetici: 0 ), düşük hareketlilik dönemlerinde kritik olmayan alt sistemlere güç kazandırarak, elektrik maliyetlerini% 40 oranında azaltabilir ve ancak bu yazılım seviyesi optimizasyonu, ancak elde edilebilir kullanım süresini% 40 oranında azaltılabilir.

Güç Sistemleri için Düzenleme ve Güvenlik

ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) ve Avrupa Tıbbi Cihaz Yönetmeliği (MDR) uzun vadeli tıbbi cihazlar için güç sistemleri konusunda titiz gereksinimleri empoze eder.ŞUygun tıbbi cihazlara göre, AMAS:0) En yüksek çözünürlükteki% 80'e kadar olan operasyonel kontroller (IEC 601-1) diğer yaşam destekli cihazlara müdahale etmek için elektriksel uyumluluk standartları (IEC 601-1) uyması gerekir.

Güvenlik mühendisliği de en kötü durum başarısızlık modları için dikkate almalıdır. Geri bildirim kontrolüni kaybeden kablosuz bir güç vericisi, bu nedenle, kapalı sıcaklık algılaması ve otomatik kapatma zorunludur. Benzer şekilde, batarya yönetim sistemleri, güvenlik özellikleriyle karşılanamayan sahte hücrelerin kullanımını önlemek için genellikle her iki analog donanım ve dijital olarak uygulanmalıdır.

Uzun Süreli Tıbbi Robotlar için Güç Tedarikinde Geleceği Trendleri

Transcutaneous Energy Transmission Networks

Future hastaneleri, işletim masalarında kablosuz güç vericileri gömebilir, kurtarma yatakları ve hatta hasta tuvaletleri, farklı üreticilerden gelen cihazlara karşı herhangi bir uyumlu tıbbi robotu suçlamaların "güç battaniyesi" yaratılabilir.

Implantable Robotlar için Nükleer Mikrobatımlar

Tartışmalı olsa da, radyoisotope termoelektrik jeneratörleri (RTG) tritium veya nikel-63 kullanarak bu güvenli, düşük güç nükleer bataryaları yeniden şarj etmeden on yıllardır implante edilebilir robotları gösterebiliyordu.Bu uzun vadeli bir olasılık ve düzenleyici engeller için, ancak NASA'nın beta voltaic hücrelerin gelişimi, tritium veya nikel-63, 30+ yıl boyunca sürekli güç verebilir.

Bio-integrated Energy Systems

Kutsal grail, vücudun kendi metabolizmasının bir parçası haline gelen bir güç kaynağıdır. Başarılı olursa, bu sistemler vücudun kendi yakıtını kullanarak sonsuza dek güç sağlayabilir, bu arada, herhangi bir dış şarj için gerekli olan ihtiyacı ortadan kaldırır.[Dönetici implantlar)[Peyfotozonik implantlar[Döneticiler için)[Döneticileri kapalı olarak, 1 inçlik bir sıvıyı kullanarak, 1 inçlik bir ışık kullanarak, 1 inçlik bir ışık tutabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Uzun süreli tıbbi robot cihazların karşılaştığı güç tedarik sorunları, ancak fiziksel bağlantılardan kaynaklanan cihazlardan sigortalanabilir. Enerji hasat ve lityum-sulfur - mevcut kaynakların tükenmesine kadar hızlanırken, Kablosuz güç transfer tekniklerinin ultrasonal darbe ile karşı karşıya kaldığı durumlarda, fiziksel bağlantılardan arındırılmasında özgürleştirici cihazlardır.

Tıbbi robotik kalıcı implantlara ve özerk uzun süreli terapiye doğru hareket ettikçe, güç tedariki artık bir kesintiye uğramaz, ancak ilk sınıf tasarım parametresi. Enerji depolama, transfer, dönüşüm ve düzenleme, gelecek nesil iyileştirme makineleri kilidini açar - vücut içindeki çalışma, kesintiye uğramadan yıllar boyunca.