Люди с ослабленным слухом борются с вещами, которые мы считаем само собой разумеющимися, будь то трели птиц в саду или общение с друзьями и знакомыми. Они испытывают особые проблемы со слухом на высоких частотах и из-за разговоров после разговора. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) потеря слуха является одним из шести наиболее распространенных заболеваний в промышленно развитом мире. В Германии примерно каждый пятый из людей старше 14 лет нуждается в лечении от нарушений слуха.
Часто простой слуховой аппарат может восстановить потерянные частоты и позволяет пациенту снова вести нормальный образ жизни. Устройство чаще всего носят за ухом, хотя некоторые варианты можно даже вставить прямо в ухо.
В рамках проекта ЕС WiserBAN исследователи фраунгофера разрабатывают новую микросистему, предназначенную для того, чтобы делать слуховые аппараты настолько маленькими, чтобы их можно было скрыть от глаз внутри уха. Технология также подходит для имплантатов, кардиостимуляторов и инсулиновых помп.
Все это означает, что система использует лишь часть энергии, необходимой для обычных устройств, сводя к минимуму громоздкие замены батареи. «В идеале пациенты не должны даже ощущать, что носят слуховой аппарат в течение длительного времени», – говорит д-р. Дионисиос Манессис из Института надежности и микроинтеграции им. Фраунгофера IZM в Берлине.
19 компонентов в одной микросхеме
При габаритах всего 4 мм x 4 мм x 1 мм новая микросистема в 50 раз меньше, чем существующие модели для приложений Body Area Network (BAN) – электроника прикладывается непосредственно к телу.
Чтобы добиться этого, партнеры по проекту сначала разработали особо мелкие компоненты, такие как инновационные миниатюрные антенны, интегральные схемы системы на кристалле и высокочастотные фильтры. Задача исследователей из Fraunhofer IZM заключалась в том, чтобы найти концепцию экономии места, позволяющую разместить все задействованные компоненты – всего 19 – в одном модуле."Это настоящая проблема, поскольку все компоненты имеют разные размеры и толщину. Но, применив различные технологии встраивания, которые приводят к усовершенствованной миниатюризации системы в пакете (SiP), нам удалось разместить все компоненты на минимально возможном пространстве – так же, как в пакете », – объясняет Манессис.
Если смотреть снаружи, увидеть отдельные компоненты уже невозможно. Но это еще не все, поскольку берлинские специалисты по упаковке также разработали модульную концепцию трехмерной укладки, которая экономит дополнительное пространство. Это работает путем объединения компонентов в несколько более мелких модулей, а затем их наложения друг на друга.
Расширяя объем своей работы, партнеры по проекту также разрабатывают специальные антенные и беспроводные протоколы.
Они служат для передачи важной информации, такой как пульс, артериальное давление или уровень глюкозы, прямо на планшет или смартфон лечащего врача. Полученная в результате беспроводная система WiserBAN делает устаревшую ретрансляционную станцию - дополнительное устройство, которое пациенты раньше были вынуждены носить для увеличения дальности связи. Еще одним преимуществом является то, что разработанные в рамках проекта беспроводные протоколы основаны на надежном стандарте IEEE 802.15.4 и 802.15.6 стандартов. Обычные устройства обычно полагаются на Bluetooth, где часто возникают проблемы с взаимодействием с другими устройствами.
Партнеры по проекту также стремятся оптимизировать управление энергопотреблением. Слуховые аппараты, носимые за ухом, питаются от аккумулятора 180 мАч (миллиампер-час), который необходимо либо заменять, либо заряжать примерно каждые две недели. Теперь цель состоит в том, чтобы минимизировать энергопотребление системы примерно до одного милливатта (мВт) и, таким образом, продлить срок службы батареи до 20 недель. Есть надежда, что новая технология послужит трамплином для создания более удобных и надежных медицинских продуктов в будущем – от электрокардиографии до инсулиновых помп.
Кроме того, существует возможность использования микросистемы в имплантатах и кардиостимуляторах.