Проекты

Сравнение эффективности катушек индуктивности разных форм для беспроводной передачи энергии имплантируемым медицинским устройствам

Работа победителя конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Электроника и приборостроение»

Направление работы: Приборостроение, Электроника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 618
Предметы: Физика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

Ежегодно в мире проводят 5500 операций по трансплантации сердца, что составляет всего 20–25% от нужд пациентов.

Аппарат вспомогательного кровообращения позволяет людям дождаться донорского органа, но его питание производится через отверстие в брюшной полости. Вероятность инфекции при проводном питании – 40–45%. Высокоэффективная система беспроводной передачи энергии потенциально может решить данную проблему.

Цель

Выявление наиболее эффективной формы катушки индуктивности для беспроводной передачи энергии имплантируемым медицинским устройствам при осевых, боковых и угловых смещениях.

Задачи

1.Теоретический анализ проблемы осевых, боковых и угловых смещений при эксплуатации системы питания импланта.

2.Создание трёх пар катушек различной формы.

3.Экспериментальное исследование эффективности передачи энергии для всех пар катушек при различных видах смещений.

4.Анализ экспериментальных результатов.

 Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

– Медный провод с эмалированной изоляцией (0,4 мм)

– Генератор сигналов произвольной формы Tektronix (синус, 1 МГц, 5 В)

– Цифровой осциллограф LeCroy HDO9104R

 Описание

На первом этапе автор провёл анализ физических механизмов беспроводной передачи энергии и сравнил их с имеющимися методами энергообеспечения имплантов. Был проведён теоретический анализ работы катушек при различных типах смещений. Всего выявлено три метода: имплантируемый аккумулятор, проводное питание и беспроводная передача энергии с помощью катушек индуктивности.

На втором этапе были выполнены расчёт параметров катушек индуктивности, выбраны формы и размеры, и, непосредственно, намотка трёх пар катушек из медного провода с эмалированной изоляцией.

На третьем этапе автор провёл экспериментальные исследования эффективности передачи энергии при различных типах смещения с помощью лабораторного оборудования, предоставленного НИУ МИЭТ, АО «ЗИТЦ», компанией ЭСДИАР.

Результаты работы/выводы

Автор выполнил теоретический анализ, в результате которого были сравнены методы питания имплантируемых медицинских устройств, исследована физика изменения эффективности передачи энергии при различных видах смещения катушек.

Изготовлены три пары катушек индуктивности разной формы (кольцевая, квадратная и плоская спиральная). Эффективность и стабильность передачи каждой пары проверены экспериментально. Наилучший результат при всех типах смещения показала пара плоских спиральных катушек. 

Перспективы использования результатов работы

Результаты данного исследования могут быть полезны при разработке системы беспроводного энергообеспечения имплантируемых медицинских приборов.

Дальнейшая работа будет направлена на исследование влияния на эффективность и стабильность системы других геометрических параметров (диаметр провода, шаг намотки, число витков и др.), а также на частотную подстройку системы.

 Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

БМС НИУ МИЭТ и Зеленоградский инновационно-технологический центр (ЗИТЦ) при участии компании «ЭСДИАР», партнёра детского технопарка НИУ МИЭТ «Смарт-парк»