Ερευνητές στο πανεπιστήμιο της Οσάκα ανέπτυξαν ένα ασύρματο σύστημα μετάδοσης EEG που λειτουργεί χρησιμοποιώντας τη θερμότητα του ανθρώπινου σώματος, αποδεικνύοντας ότι οι φορητές συσκευές παρακολούθησης εγκεφάλου ενδέχεται στο μέλλον να λειτουργούν χωρίς μπαταρίες. Η καινοτομία αυτή ανοίγει νέους ορίζοντες για την ανάπτυξη ενεργειακά αυτόνομων ιατρικών συστημάτων.
Η ερευνητική ομάδα παρουσίασε το σύστημα σε εξωτερικές συνθήκες καλοκαιριού με θερμοκρασίες που ξεπερνούσαν τους 32°C, όπου συνέχισε να λειτουργεί αξιοποιώντας την ενέργεια που παράγεται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ανθρώπινου σώματος και του περιβάλλοντος αέρα. Σημαντικό είναι ότι κατά τη διαδικασία δεν απαιτήθηκε εξωτερική πηγή ενέργειας ούτε ροή αέρα.
Τα συστήματα EEG καταγράφουν την ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου και χρησιμοποιούνται ευρέως για μακροχρόνια παρακολούθηση τόσο στην υγειονομική περίθαλψη όσο και στην έρευνα. Ωστόσο, οι ασύρματες εκδοχές τους καταναλώνουν σημαντική ενέργεια με την πάροδο του χρόνου, γεγονός που δημιουργεί περιορισμούς στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, στη συντήρηση και στη συνολική πρακτικότητα.
Οι ερευνητές της Οσάκα αντιμετώπισαν αυτή την πρόκληση σχεδιάζοντας μια αρχιτεκτονική χαμηλής κατανάλωσης, η οποία μειώνει τον όγκο των δεδομένων που πρέπει να καταγραφούν και να μεταδοθούν. Με τον τρόπο αυτό, η συσκευή μπορεί να λειτουργεί με ελάχιστες ποσότητες ενέργειας που συλλέγονται από το περιβάλλον.
Λιγότερα δεδομένα, ίδια απόδοση
Αντί να μεταδίδει συνεχώς πλήρη σήματα EEG, το σύστημα εφαρμόζει τυχαία υποδειγματοληψία των εγκεφαλικών κυμάτων. Στη συνέχεια, ένας αλγόριθμος στον δέκτη ανακατασκευάζει το αρχικό σήμα από το μικρότερο σύνολο δεδομένων. Η μέθοδος αυτή μειώνει τις ενεργειακές απαιτήσεις, διατηρώντας παράλληλα την ποιότητα του σήματος σε λειτουργικά επίπεδα και καθιστώντας εφικτή την ασύρματη μετάδοση EEG χωρίς μπαταρία.
«Ο μακροπρόθεσμος στόχος μας είναι η δημιουργία συστημάτων αισθητήρων που μπορούν να λειτουργούν επ’ αόριστον χωρίς συντήρηση», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Νταϊσούκε Κανεμότο. «Ένα ασύρματο σύστημα μετάδοσης EEG χωρίς καμία εξωτερική πηγή ενέργειας αποτελεί σημαντικό βήμα προς πρακτικές τεχνολογίες αισθητήρων χωρίς ανάγκη συντήρησης».
Οι επιστήμονες δοκίμασαν επίσης τη συσκευή σε πραγματικές συνθήκες κατά τη διάρκεια της Expo 2025 Osaka, σύμφωνα με το interestingengineering. Ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες εξωτερικού χώρου, το σύστημα συνέχισε να λειτουργεί παρά τη μικρότερη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δέρματος και αέρα. Το εύρημα αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς τα θερμοηλεκτρικά συστήματα συνήθως παράγουν λιγότερη ενέργεια όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος πλησιάζει τη θερμοκρασία του σώματος.
Επιτυχία δοκιμών σε καλοκαιρινές συνθήκες
«Παρόλο που η ποσότητα της ενέργειας που μπορεί να συλλεχθεί μειώνεται καθώς η εξωτερική θερμοκρασία πλησιάζει αυτή του ανθρώπινου σώματος, τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η συνεχής ασύρματη μετάδοση EEG είναι εφικτή ακόμη και όταν η διαφορά θερμοκρασίας είναι μόνο λίγοι βαθμοί», ανέφερε η ομάδα, υπογραμμίζοντας ότι το σύστημα μπορεί να λειτουργήσει πέρα από εργαστηριακές συνθήκες και σε πραγματικά περιβάλλοντα.
Οι πιθανές μελλοντικές εφαρμογές περιλαμβάνουν φορητές συσκευές παρακολούθησης υγείας, ιατρικούς αισθητήρες μεγάλης διάρκειας και ηλεκτρονικά συστήματα χωρίς ανάγκη συντήρησης, τα οποία απαιτούν ελάχιστη ή και καθόλου αντικατάσταση μπαταρίας. Η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να αξιοποιηθεί σε αισθητήρες για την παρακολούθηση υποδομών, την καταγραφή περιβαλλοντικών δεδομένων και τα δίκτυα έξυπνων πόλεων, όπου η αντικατάσταση μπαταριών σε χιλιάδες συσκευές είναι δαπανηρή και δύσκολη.
Καθώς τα ηλεκτρονικά χαμηλής κατανάλωσης εξελίσσονται, συσκευές που λειτουργούν με μικρές ποσότητες ενέργειας από το περιβάλλον ενδέχεται να γίνουν πιο διαδεδομένες. Η θερμότητα του σώματος, οι δονήσεις, το φως και άλλες καθημερινές πηγές μπορούν να υποστηρίξουν μια νέα γενιά αυτόνομων αισθητήρων.
Στον τομέα της υγείας, η προοπτική αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική. Η συνεχής παρακολούθηση του εγκεφάλου χωρίς την ανάγκη φόρτισης ή αντικατάστασης μπαταριών θα μπορούσε να καταστήσει τις φορητές συσκευές EEG πιο εύχρηστες για τους ασθενείς σε μακροχρόνια χρήση. Εφόσον η τεχνολογία εξελιχθεί περαιτέρω, το έργο της ομάδας της Οσάκα δείχνει προς ένα μέλλον όπου ορισμένες ιατρικές και συνδεδεμένες συσκευές θα τροφοδοτούνται αθόρυβα από την ενέργεια που ήδη υπάρχει στο περιβάλλον.