Comment la future technologie d’implant sera-t-elle alimentée ?

La technologie portable devient courante de nos jours, mais la prochaine étape consiste à faire passer la technologie d’être sur notre corps à être à l’intérieur nous. La question est, comment alimentez-vous un appareil qui vit sous votre peau ?

Piles internes

Les implants médicaux qui sont déjà à l’intérieur des patients utilisent généralement des batteries internes. Les piles au lithium sont courantes, mais pas celles que vous trouverez dans votre téléphone. Ces batteries ont un risque d’exploser, vous ne voulez pas être près d’eux quand cela se produit, et encore moins en avoir un à l’intérieur de vous ! Les stimulateurs cardiaques utilisent des batteries au lithium/iode-polyvinylpyridine depuis des décennies. Une technologie brevetée pour la première fois en 1972 ! Il s’agit d’un premier exemple pratique d’une batterie à semi-conducteurs car elle a un électrolyte solide plutôt que liquide.

Cependant, l’utilisation d’une batterie interne pose divers problèmes. Toutes les batteries ont une durée de vie limitée, ce qui signifie qu’éventuellement, vous aurez besoin d’une procédure pour les remplacer ou les retirer. La technologie des batteries continue d’avancer et il y a eu des progrès tels que les batteries flexibles sans produits chimiques toxiques. Donc, ne négligez pas les cellules d’alimentation internes d’un type ou d’un autre pour les implants. Il y a même eu quelques idées comme l’utilisation d’une batterie au plutonium similaire aux appareils qui alimentent les satellites et les rovers extraplanétaires.

Un jour, nous aurons peut-être des batteries sûres, durables et de grande capacité utilisant des matériaux tels que le graphène qui peuvent se recharger rapidement. L’induction électrique est un moyen de charger ces batteries sans fils invasifs, mais pourquoi ne pas simplement alimenter vos implants directement par induction ?

Induction électrique

L’induction électrique se produit lorsque l’énergie électrique est utilisée pour créer un champ magnétique qui, à son tour, crée un courant électrique dans une bobine de fil récepteur. C’est ainsi que fonctionne la recharge sans fil avec les téléphones et les brosses à dents électriques scellées. L’induction n’a pas besoin d’être à courte portée comme c’est le cas avec la charge sans fil courante aujourd’hui.

Il y a eu quelques tentatives de recharge sans fil à longue portée, l’objectif ultime étant un avenir véritablement sans fil. Ainsi, dans le contexte des dispositifs implantables, vous pouvez les alimenter ou les charger via des bobines de transmission de puissance intégrées dans les murs de votre maison et d’autres bâtiments que les gens occupent couramment, tels que des immeubles de bureaux.

Les scientifiques de Stanford ont annoncé des avancées majeures dans ce domaine en 2014. Ils ont créé de minuscules implants capables de recevoir de l’énergie sans fil et de recharger des appareils tels que des stimulateurs cardiaques.

Conversion du glucose en énergie

Le glucose est l’une des sources d’énergie les plus importantes que nous, les humains, utilisons. Ce n’est pas la seule façon d’obtenir de l’énergie (par exemple, les corps cétoniques en sont une autre), mais avec un corps tellement rempli d’énergie chimique, pourquoi ne pas l’utiliser pour alimenter des implants ?

Si nous pouvions trouver un moyen de convertir le glucose dans notre circulation sanguine en énergie électrique dont notre technologie a besoin, il serait peut-être inutile de coller des piles à l’intérieur de nous ou de nous exploser avec des champs magnétiques. Cela pourrait également vous aider à justifier cette glace supplémentaire avant de vous coucher !

Ce n’est pas un dispositif théorique, c’est une véritable technologie connue sous le nom de pile à combustible à glucose. En 2012, des scientifiques et des ingénieurs du MIT ont annoncé qu’ils avaient développé une pile à combustible à glucose fonctionnelle avec le potentiel d’alimenter des prothèses neurales ou tout autre appareil électronique dans le corps qui a besoin de jus pour fonctionner. L’idée existe depuis au moins les années 1970. Une pile à combustible à glucose était même considérée comme une source d’alimentation pour les premiers stimulateurs cardiaques, mais finalement les batteries à électrolyte solide l’ont emporté.

Un problème avec les piles à combustible à glucose est qu’elles peuvent stocker beaucoup d’énergie, mais qu’elles ne peuvent pas la libérer rapidement et aux niveaux nécessaires pour les implants modernes. En 2016, des chercheurs ont publié les résultats de l’utilisation d’un dispositif hybride combinant une pile à combustible à glucose avec un supercondensateur, avec des résultats prometteurs.

Générateurs alimentés par le sang

Les humains utilisent le flux de liquide pour générer de l’énergie depuis des siècles. Les roues hydrauliques ont fourni de l’énergie mécanique pour les moulins ou pour soulever l’eau pour l’irrigation. Aujourd’hui, nous utilisons des barrages hydroélectriques pour une énergie propre alimentée par la gravité et le cycle de l’eau induit par la chaleur du soleil.

Alors, pourquoi ne pas utiliser le flux sanguin à travers notre système circulatoire pour alimenter des nanogénérateurs ? En 2011, des scientifiques suisses ont révélé une minuscule turbine conçue pour s’adapter à l’intérieur d’une veine humaine. L’idée est de puiser quelques milliwatts dans les 1 à 1,5 watts de puissance hydraulique générés par un cœur humain. Beaucoup pour alimenter des implants médicaux et peut-être d’autres implants avancés un jour.

Le principal souci avec les nanogénérateurs est la formation de caillots sanguins causés par la turbulence. Il y avait une préoccupation similaire avec les cœurs artificiels ou les dispositifs d’assistance cardiaque qui utilisent des conceptions à flux continu. Ceux-ci incluent le Bivacor et l’Abiomed Impella. Bien que jusqu’à présent, ces problèmes ne semblent pas avoir surgi, les tests sur l’homme en sont à leurs débuts, donc tout le monde peut deviner si la coagulation des composants de la pompe en rotation dans notre sang causera des problèmes.

Organes électriques artificiels

Les humains ne viennent peut-être pas avec leur propre générateur d’électricité, mais les anguilles oui ! Les anguilles ont évolué comme une batterie, mais fabriquées à partir de cellules biologiques. À l’intérieur de l’anguille se trouve un organe qui regroupe des cellules qui agissent comme un électrolyte dans tout ce qui se galvanise efficacement. Alors pourquoi ne pas concevoir un organe artificiel pour les humains qui fait la même chose, mais utiliser ce pouvoir pour faire fonctionner la future technologie implantable ?

En 2017, une équipe de scientifiques a publié un article dans Nature détaillant leur « organe » flexible et biocompatible inspiré de l’anguille électrique. Cette petite centrale électrique utilise de l’eau et du sel pour fonctionner, mais l’intention à long terme est d’utiliser à la place des fluides corporels. Implanté avec ces réserves d’énergie biologique, le ciel pourrait être la limite en matière de technologie intégrée à notre corps.