基于体外超声波供能体内微致动器与微电源研究

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1、2011年6月机床与液压Jun．201l第39卷第12期MACHINETOOL＆HYDRAUUCSVol

2、39No．12DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．12．007基于体外超声波供能的体内微致动器与微电源的研究刘浏(江苏技术师范学院，江苏常州213001)摘要：提出基于体外超声波供能的体内微致动器和微电源设计方案。微致动器、微电源内有超声波吸收液体，将体外发射到体内的超声波吸收转换为热能。热能传递给热膨胀液体，液体热胀冷缩，获得机械伸缩动作。升温后的超声波吸收液体和人体温度差，可以通过热电

3、元件，转换为电能。关键词：超声波供能；微致动器；微电源中图分类号：TH117文献标识码：B文章编号：1001—3881(2011)12—024—2ResearchonMicroActuatorandMicroPowerSupplyinⅥVOBasedOilEnergyfromUltrasonicinVitroUULi“(JiangsuTeachersUniversityofTechnology，ChangzhouJiangsu213001，China)Abstract：Designprojectofmicroactuator

4、andmicropowersupplyinvivobasedonenergyfromultrasonicinvitrowaspro-posed．Transmittedultrasonicinvitrowasabsorbedbyultrasonicabsorbingliquidinmicroactuatororinmicropowersupply，andthenwasconversedintoheat．ThemechanicmovementofflexcouldbeachievediftheheatWastransferred

5、intotheliquidwithhighthermalexpansionandcontractioncoeficient．Electricenergycanbetransformedbythermo-electricelementbecauseofthetemperaturedifer-encebetweentheliquidafterraisedandthetemperatureinvivo．Keywords：Ultrasonicenergy；Microactuator；Micropowersupply可以在人体内部进行

6、介入诊断、治疗的微机器法J，气囊驱动J，目前尚未看到使用化学微电池的人，由于对医学、人类健康的巨大影响，已成为医学报道。在体内微机器人内布置微燃料电池，利用人体工程领域的研究热点。2009年第7期《中国科学E：环境发电，目前还处于研究阶段。微同位素核电技术科学》报道了由大连理工大学张永顺撰写的池，受制于人体健康，无法利用。《肠道内变径胶囊微机器人空间磁力矩特性》⋯一文，(2)通过体外线缆向人体内微机器人供电。考提出一种新型胶囊机器人样机，解决了在复杂非结构虑到人体内部复杂的情况(比如肠道)，考虑到人体化肠道内的驱动问题，首次

7、实现了微机器人在肠道内生理心理感觉，该技术的发展前景不明。的垂直移动。(3)目前研究最多的，是利用体外能量，以无微机器人在体内到达指定位置进行诊疗活动，其线缆方式，向体内微机器人供能。机械动作要消耗很大能量。微机器人内部的光源、摄①利用外磁场控制体内磁性体的运动，目前受到像机、传感器、无线发射装置、微电机等也需要相当普遍的重视。鉴于人体环境的复杂性，磁场控制技电能。术的难度，要在人体内部探测磁性体位置，控制其姿目前，对人体内微机器人的供能方法有以下几种：态和前进后退，并实现指定诊疗动作，所需技术无疑(1)自带电源。该技术最成

8、熟的是在微机器人将极其复杂。而且微机器人摄像机、传感器无线发射内部布置化学微电池。比如已经商品化的以色列Giv．装置还需另配电源。enImaging公司的M2A肠道胶囊内窥镜，就使用了②利用体外电磁波耦合，即由体外电磁发射线圈2节微电池，为CMOS摄像机及视频传输系统提供电和体内电磁接受线圈的电磁场耦合，传递能量。日本力。由于受到电池容量的限制，该肠道胶囊内窥镜，RFSystemLab研制的NORIKA3胶囊内窥镜，就是由吞服后只有依靠胃肠道自然蠕动而前进，时间很长，体外向体内发射射频，由体内接受线圈接受能量。且无法调整其位

9、置、姿态，对指定部位进行详细检查为了获得足够的能量，发射功率必须很大。这对人体存在很多问题。而且化学微电池一旦出现泄漏，对人健康会造成很大的影响。为保证人体安全，发射功率体健康会造成很大损害。对于能源需求较大的如步进很小，体内胶囊内窥镜获得的能量极小。电机、微型压电驱动器、形状记忆合金驱动