Имплантируемые медицинские приборы потребляют мощность от 100 милливатт до 10 Вт, для их работы требуется или передача энергии по проводам, от внешнего источника питания, или имплантация внутрь тела пациента батареек, поясняют в МИЭТе. Оба подхода доставляют массу неудобств пациенту и сопряжены с риском занести инфекцию.

С другой стороны, беспроводная зарядка телефонов и других устройств уже широко применяются в быту — можно использовать их и для медицинской аппаратуры. Но с имлантатами всё сложнее: зарядка должна быть стабильной и безопасной для человека.

Технология беспроводной передачи энергии (БПЭ) базируется на эффекте электромагнитной индукции. В паре из двух катушек индуктивности, состоящих из сердечника и обмотки-проводника и находящихся на некотором расстоянии друг от друга, электроэнергия передаётся без проводов. Через первую пропускают электричество — оно создает магнитное поле, действующее на вторую катушку, в которой индуцируется электрический ток.

Закон индукции известен с 19 века, на этом же принципе работают трансформаторы. На нём основана и передача радиосигналов — электрических сигналов малой мощности. Проблемой передачи на расстояние больших мощностей занимался еще Никола Тесла в конце 19-го и начале 20 века, но заметного прогресса ученые достигли уже в 21 веке. И до последнего времени решают задачу использования «правильных» и эффективных катушечных пар: учитывать нужно буквально всё — форму и размер катушек, витков, их взаимное расположение и прочее, что отнимает очень много ресурсов. А в случае имплантата это зачастую задача построения индивидуальной геометрии катушек для каждого пациента.

Для Института биомедицинских систем разработка систем БПЭ — новое направление исследований. Но уже на ранних этапах стало ясно, что нужно как-то облегчить процесс перебора всевозможных параметров систем. Проект CoilDesign призван помочь с этим. Он делает процесс 3D-проектирования систем БПЭ существенно проще — автоматизирует подбор геометрии для катушечных пар, и, ко всему прочему, позволяет быстро изготовить на основе 3D-модели каркас, необходимый для экспериментальных исследований.

Студент МИЭТа Рафаэль Аубакиров только начинал заниматься тематикой беспроводной передачи энергии и учился на четвёртом курсе бакалавриата, когда судьба свела его с Константином Гуровым — тогда студентом первого курса магистратуры. «Константин очень хорошо разбирался в своей тематике и ответственно подходил к работе, поэтому решение, кого взять в команду, было однозначным», — рассказывает Рафаэль.

Математическая база CoilDesign строилась на основе серии экспериментов, в результате которых удалось установить определенные зависимости. Прямых аналогов такого решения — систем автоматизированного проектирования силовых радиочастотных схем — на рынке нет, утверждают авторы разработки.

Беспроводную подзарядку можно использовать с другими разработками института в области биомедицинской техники, например, с аппаратом вспомогательного кровообращения «Спутник» — имплантируемым «сердечным насосом». Сейчас для его питания применяются носимые внешние аккумуляторы, провода от которых проходят через кожу — это создаёт существенный риск осложнений.

Готовый беспроводной прибор-подзарядка будет выглядеть как небольшое носимое устройство в виде эластичного пояса на теле с передатчиком и катушкой индуктивной связи. Технические испытания системы беспроводного энергообеспечения персонифицированных имплантируемых медицинских приборов намечены уже на следующий год, сообщает МИЭТ.