「ワイヤレス医療センサーは患者の快適性を向上させることができます」

2023 年 5 月 30 日

画像: ディネシュ R ガワデ

ティンダル博士の研究者ディネシュ R ガワデ氏は、医療や博物館の遺物の監視など、多くの用途に使用できるワイヤレスのバッテリー不要のセンシングデバイスを開発しています。

ディネシュ R ガワデは、指導教員のジョン L バックリー博士が、研究を成功させるためのサポート、モチベーション、知識を与えてくれたと信じています。「彼の積極的な関与と完璧を目指す意欲が、私の研究に対する考え方を形作りました」とガワデ氏は語った。

「彼は常に私に、新しい研究の視点を探し、卓越した研究を通じてディープテクノロジーのイノベーションとインパクトに貢献するよう励ましてくれます。」

Gawade は、コーク大学ティンダル国立研究所の無線周波数 (RF) およびアンテナ設計チーム、ワイヤレスセンサーネットワークグループ、マイクロ電子回路センターアイルランドで博士号取得を目指しています。彼は最近、そのプロジェクト活動に対して Wrixon Research Excellence Bursary を受賞しました。

インドのシヴァージー大学技術学部でエレクトロニクスおよび通信技術の学位を取得しました。彼はハードウェア設計エンジニアとして産業界で数年間働いた後、学術界に戻り、インド工科大学マンディ校でプロジェクトエンジニアとして働いていました。

2019 年に研究助手として Tyndall に入社し、工学の修士号を取得しました。彼が開発したセンサーは、ヴェネツィアのペギー・グッゲンハイム・コレクションに所蔵されているアンディ・ウォーホルの1964年の絵画『花』の状態を追跡するなど、現在ヨーロッパ中の美術館で使用されている。

「博物館の遺物の保存には微環境モニタリングが不可欠です」

現在、私は無線給電式植込み型医療機器 (WPIMD) の設計と開発に焦点を当てた博士論文に取り組んでいます。

WPIMD は、人体に埋め込まれる非常に小型のデバイスで、バッテリーを使用せずに血中アルコール濃度、神経調節、薬物送達などの生理学的パラメーターを継続的にモニタリングできるようにします。 WPIMD はバッテリーの代わりに外部リーダーを使用して、インプラントに高周波 (RF) 電力を供給し、インプラントからの無線データ転送を可能にします。

修士号取得中に、私はドイツの ZFB と緊密に連携して、完全に統合されたワイヤレス給電温度および湿度センサーを備えたスマート博物館アーカイブボックスの開発と実証に成功しました。バッテリーレスのセンサーソリューションにより、標準的なスマートフォンを段ボールのアーカイブボックスの近くに置くだけで、ワイヤレスセンシングの便利な手段が可能になりました。

WPIMD によりバッテリーが不要になるため、バッテリー交換手術に伴うリスクが軽減され、患者の快適さが向上します。 WPIMD は、バッテリーを使用せずに生理学的パラメータの継続的またはデューティサイクルベースのモニタリングを提供できるため、インプラントのサイズが縮小され、デバイスの寿命が延長され、新しい医療用途が可能になります。

博物館の遺物モニタリングの文脈では、アーカイブボックスに保管されている博物館の遺物の保存には微環境モニタリングが不可欠です。ただし、保管されている物質の固有の水分含有量により、ボックス内の微気候条件が外部環境とは異なる場合があり、監視が困難になります。

従来の監視デバイスは大きすぎたり、高価すぎたり、測定のために箱を開ける必要があり、汚染物質が混入する可能性があります。新しいバッテリーレスのスマートアーカイブボックスを開発し、ボックスを移動したり開けたりする必要がなく、バッテリー交換の必要もなく正確なモニタリングを可能にするために開発および実証されました。

これは、予算に制約があり保管環境が重要な中小規模の博物館にとって特に有益であり、保存修復家が遺物の劣化のリスクを迅速に特定して軽減できるようになります。

一般に、バッテリーレスのセンシングデバイスの開発は、重大な環境問題である電子廃棄物の削減に役立つため、環境の観点から重要です。

バッテリーには有害な化学物質が含まれており、適切に廃棄しないと環境中に漏洩し、土壌や水の汚染を引き起こす可能性があります。さらに、バッテリーの製造と廃棄にはかなりの量のエネルギーが必要であり、温室効果ガスの排出につながります。

一方、バッテリーレスのセンシングデバイスは、環境からのワイヤレス電力伝送などの環境発電技術を使用して電力を供給できます。これにより、バッテリーの環境への影響が軽減されるだけでなく、不便でコストがかかる頻繁なバッテリー交換の必要性もなくなります。

さらに、医療分野における WPIMD は、患者の快適性の向上、疾患管理の強化、デバイスの寿命の延長、医療費の削減につながる可能性があり、重要となる可能性があります。

私は幼い頃から、テクノロジーと科学の分野に魅了されてきました。私の好奇心は両親、兄弟、そして先生たちによってサポートされ、楽しまれました。

ティンダル国立研究所に入社した後、私は Apache と呼ばれる EU Horizon 2020 の資金提供プロジェクトに取り組む機会に恵まれ、そこでジョン・バックリー博士の監督の下、博物館の遺物を監視するためのバッテリーレスのセンシングデバイスの開発を任されました。

このプロジェクトを通じて、電池が環境に与える影響や、さまざまな用途の電池交換のコストなど、それに関連する問題について理解を深めることができました。

Apache プロジェクトでの研究活動は私の考え方を変え、ワイヤレス給電研究とワイヤレス給電医療機器開発の分野でのキャリアをさらに追求するきっかけになりました。

WPIMD の開発には、いくつかの課題や誤解があります。 WPIMD の開発は複雑なプロセスであり、さまざまな技術的および規制上の考慮事項に注意を払う必要があります。外部リーダーとインプラントの間で高い電力伝送効率を達成することが重要です。効率が低いとデバイスのパフォーマンスが低下する可能性があり、外部リーダーの電力が高いと組織損傷のリスクが高まる可能性があります。

これらのデバイスは患者データを保護し、インプラントへの不正アクセスを防止する必要があるため、安全な無線通信リンクのさらなる設計は、WPIMD 開発において難しい考慮事項となる可能性があります。

さらに、cm2 スケールサイズでの WPIMD の開発は、電気的に小型のアンテナ (ESA) の統合が必要なため、困難になる可能性があります。 ESA はゲインと放射効率が低いため、WPIMD に電力を供給するために利用できる RF エネルギーの量が制限されます。

新型コロナウイルス感染症のパンデミックは、科学への一般の参加に大きな注目に値する影響を与え、人々がオンライン学習やリモートワークに習熟し、快適になるようになりました。

この間、サンジーブ・クマール博士と私は、学部生や一般向けにワイヤレス給電の概念を紹介するビデオを作成しました。これらの録画ビデオはすべて、さまざまな理由で対面でのセッションに参加できない人にも対応できるようになり、科学研究が誰にとってもアクセスしやすくなりました。

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詳細: 科学の解明

関連: 医療技術、研究、ユニバーシティカレッジコーク、工学、ティンダル国立研究所

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