爺爺?shù)男呐K起搏器咋充電

田媛

石添誠(chéng)是南京郵電大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)的碩士研究生，他的課題是對(duì)攜能通信，即攜帶有能量的通信技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)研究。在選擇研究方向之前，石添誠(chéng)就已瞄準(zhǔn)了這個(gè)課題，“我爺爺植入心臟起搏器已經(jīng)五六年了，因?yàn)殡姵丶磳⒑谋M，我大學(xué)畢業(yè)前他又做了手術(shù)。我當(dāng)時(shí)就想，手術(shù)對(duì)人的創(chuàng)傷很大，為什么不能給心臟起搏器充電，或者尋找一種新的方式來(lái)傳輸能量呢？”帶著這個(gè)想法，當(dāng)看到導(dǎo)師的課題研究方向時(shí)，石添誠(chéng)便迫不及待加入了導(dǎo)師麾下。

電磁波不可行研一剛開(kāi)學(xué)，石添誠(chéng)就向?qū)煴磉_(dá)了想將心臟起搏器與攜能通信聯(lián)系起來(lái)研究的想法。得到導(dǎo)師的支持后，石添誠(chéng)就著手開(kāi)展了一系列調(diào)研活動(dòng)。他向我們介紹說(shuō)：“心臟起搏器是一種植入于人體內(nèi)的電子治療儀器，內(nèi)部的脈沖發(fā)射器產(chǎn)生電脈沖，可以刺激電極所接觸的心肌擴(kuò)張和收縮。所以，起搏器要想正常工作，首先要保證電池電量充足。”雖然起搏器內(nèi)的電池是可充電的鋰電池，但因?yàn)殡姵刂踩肓巳梭w，當(dāng)電池沒(méi)電時(shí)就需要通過(guò)手術(shù)更換，那么，有沒(méi)有無(wú)需手術(shù)就為鋰電池充電的方法呢？

課題組的一個(gè)小伙伴提出：“最簡(jiǎn)單直接的充電方式，就是給心臟起搏器連接兩根導(dǎo)線?！边@個(gè)想法雖然有理有據(jù)，但很快就被石添誠(chéng)否定了：“這個(gè)方法太奇怪了，導(dǎo)線透過(guò)皮膚伸出兩個(gè)電極，然后再插入插座，感覺(jué)在像為機(jī)器人充電一樣。而且導(dǎo)線穿透皮膚也是創(chuàng)傷，平時(shí)還要照顧好這兩根導(dǎo)線，甚至洗澡都會(huì)成為問(wèn)題?！笔碚\(chéng)說(shuō)，這種方式從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)講，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)查閱資料，石添誠(chéng)發(fā)現(xiàn)還有一種通過(guò)電磁感應(yīng)來(lái)充電的方式。在這種方式中，研究者們?yōu)樾呐K起搏器內(nèi)的電池纏繞上感應(yīng)線圈，線圈兩端分別接在電池兩端。需要充電時(shí)，就在人體外部放置另外一個(gè)連接有交流電源的感應(yīng)線圈，通過(guò)改變磁通量來(lái)為體內(nèi)的鋰電池充電?！暗@需要人體和外部的感應(yīng)線圈靠得很近，大概是 2cm到3cm這么近，且不說(shuō)產(chǎn)生的磁場(chǎng)是否會(huì)對(duì)人體造成傷害，重要的是心臟起搏器內(nèi)部有很多精密的部件，極有可能會(huì)受到電磁波的干擾而發(fā)生問(wèn)題。這樣的方式太冒險(xiǎn)?！?/p>

就在這時(shí)，石添誠(chéng)發(fā)現(xiàn)同課題組的另一位同學(xué)正在研究軍隊(duì)在野外行軍時(shí)的便攜充電設(shè)備。這位同學(xué)通過(guò)在膝蓋上佩戴一種傳動(dòng)裝置，將走路時(shí)膝蓋自然彎曲所產(chǎn)生的機(jī)械能收集起來(lái)，然后轉(zhuǎn)換為電能，最終傳遞給所需供電的設(shè)備。在同伴的啟發(fā)下，石添誠(chéng)不禁想到：是不是也可以將人體產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為心臟起搏器所需要的電能呢？但轉(zhuǎn)念一想，膝蓋上的傳動(dòng)裝置本質(zhì)上也是個(gè)微型的發(fā)電機(jī)?！半m然真的是非常環(huán)保和節(jié)能，可這種方式還是避免不了電磁波對(duì)人體的輻射和傷害?！币陨辖?jīng)歷讓他明白，只要是用電磁波這種方式充電，就一定會(huì)有輻射和傷害。如果想既不手術(shù)，也沒(méi)有輻射，就必須找到一種新的能量傳輸方式。

超聲波有靈感

就在石添誠(chéng)為尋找傳輸能量的新方式而煩惱時(shí)，一次同學(xué)聚會(huì)幫了他大忙。講到這里，石添誠(chéng)顯得很興奮：“那時(shí)候我正為課題焦頭爛額，本來(lái)我是不想去的，后來(lái)被硬拉著去，不過(guò)幸好我去了！”在那次聚會(huì)中，他和一位老同學(xué)聊起了各自的課題，老同學(xué)正在研究超聲波換能器。這是一個(gè)將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率，也就是超聲波，然后再傳遞出去的裝置，內(nèi)部的主要材料是壓電陶瓷。聽(tīng)到這里，石添誠(chéng)一拍腦袋，這不就有轍了嗎！

聚會(huì)回來(lái)的當(dāng)晚，石添誠(chéng)就迫不及待地鉆進(jìn)教研室，他要盡快完善自己的想法，利用超聲波來(lái)向心臟起搏器傳輸能量。經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的奮戰(zhàn)后，他將實(shí)驗(yàn)方案寫(xiě)成了一份近萬(wàn)字的報(bào)告，呈現(xiàn)在了導(dǎo)師面前。石添誠(chéng)至今回想起那一刻都?xì)v歷在目：“老師一頁(yè)一頁(yè)翻過(guò)去，看得很認(rèn)真，也看了很久，從他的表情上我就知道，有戲！”果不其然，看完報(bào)告后，老師安排了幾個(gè)研一的師弟和師妹協(xié)助石添誠(chéng)一起攻克這個(gè)課題，“我覺(jué)得這就是對(duì)我最大的肯定和鼓勵(lì)！”

課題小組建立后，師弟師妹們將石添誠(chéng)在報(bào)告書(shū)上提出的想法和計(jì)劃加以完善，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的努力，一個(gè)超聲波換能器誕生了?！斑@個(gè)換能器內(nèi)部一種叫PZT壓電陶瓷的材料可以實(shí)現(xiàn)力和電的雙向轉(zhuǎn)化，也就是說(shuō)，當(dāng)給壓電陶瓷一定的力時(shí)，這種機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為電能，當(dāng)給壓電陶瓷充電時(shí)，這部分電能又可以通過(guò)壓電材料轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?！?