'Los sensores médicos inalámbricos pueden mejorar la comodidad del paciente'

30 mayo 2023

Imagen: Dinesh R Gawade

El investigador de doctorado de Tyndall, Dinesh R Gawade, está desarrollando dispositivos de detección inalámbricos sin batería que tienen muchas aplicaciones, incluso en el cuidado de la salud y para monitorear artefactos de museos.

Dinesh R Gawade le da crédito a su supervisor académico, el Dr. John L. Buckley, por brindarle el apoyo, la motivación y el conocimiento para tener éxito en su trabajo. "Su participación activa y su impulso hacia la perfección han dado forma a mi mentalidad de investigación", dijo Gawade.

"Él siempre me alienta a buscar nuevas perspectivas de investigación y contribuir a la innovación y el impacto de la tecnología profunda a través de la excelencia en la investigación".

Gawade está cursando un doctorado con el equipo de Diseño de Antenas y Radiofrecuencia (RF), el Grupo de Redes de Sensores Inalámbricos y el Centro de Circuitos Microelectrónicos de Irlanda en el Instituto Nacional Tyndall, University College Cork. Recientemente recibió una beca de excelencia en investigación de Wrixon por su trabajo de proyecto.

Completó una licenciatura en electrónica y tecnología de las comunicaciones en el Departamento de Tecnología de la Universidad de Shivaji, India. Trabajó en la industria durante un par de años como ingeniero de diseño de hardware antes de regresar a la academia para trabajar como ingeniero de proyectos en el Instituto Indio de Tecnología Mandi.

En 2019, se unió a Tyndall como asistente de investigación, donde completó una maestría en ingeniería. Desarrolló un sensor que ahora se usa en museos de toda Europa, incluso para rastrear las condiciones de la pintura Flores de Andy Warhol de 1964, que se encuentra en la Colección Peggy Guggenheim en Venecia.

'El monitoreo del microambiente es crucial para preservar los artefactos del museo'

Actualmente, estoy trabajando en mi tesis doctoral, que se centra en el diseño y desarrollo de dispositivos médicos implantables inalámbricos (WPIMD).

Los WPIMD son dispositivos altamente miniaturizados que se implantan en el cuerpo humano para permitir la monitorización continua de parámetros fisiológicos, como el nivel de alcohol en sangre, la modulación neuronal y la administración de fármacos sin el uso de una batería. En lugar de una batería, los WPIMD usan un lector externo para proporcionar energía de radiofrecuencia (RF) al implante y permitir la transferencia inalámbrica de datos desde el implante.

Durante mi maestría, desarrollé y demostré con éxito una caja de archivo de museo inteligente que presentaba un sensor de temperatura y humedad inalámbrico totalmente integrado en estrecha colaboración con ZFB en Alemania. La solución de sensor sin batería permitió un medio conveniente de detección inalámbrica simplemente colocando un teléfono inteligente estándar cerca de la caja de cartón del archivo.

Los WPIMD eliminan la necesidad de una batería, lo que reduce los riesgos asociados con la cirugía para reemplazar la batería y mejora la comodidad del paciente. Los WPIMD pueden proporcionar un control continuo o basado en el ciclo de trabajo de los parámetros fisiológicos sin usar una batería, lo que reduce el tamaño del implante, prolonga la vida útil del dispositivo y permite nuevas aplicaciones médicas.

En el contexto del monitoreo de artefactos del museo, el monitoreo del microambiente es crucial para preservar los artefactos del museo almacenados en cajas de archivo. Sin embargo, las condiciones microclimáticas dentro de las cajas pueden diferir del entorno externo debido al contenido de agua intrínseco de los materiales almacenados, lo que dificulta su seguimiento.

Los dispositivos de monitoreo tradicionales son demasiado grandes, demasiado caros o requieren abrir la caja para las lecturas, lo que puede introducir contaminantes. Se ha desarrollado y demostrado una nueva caja de archivo inteligente sin batería que permite un monitoreo preciso sin necesidad de mover o abrir la caja y elimina la necesidad de reemplazar la batería.

Esto es particularmente beneficioso para los museos pequeños y medianos con restricciones presupuestarias y climas de almacenamiento críticos, lo que permite a los conservadores identificar y reducir rápidamente el riesgo de degradación de los artefactos.

En general, el desarrollo de dispositivos de detección sin batería es importante desde el punto de vista ambiental porque ayuda a reducir los desechos electrónicos, que es una preocupación ambiental importante.

Las baterías contienen sustancias químicas tóxicas que pueden filtrarse al medio ambiente si no se desechan correctamente, lo que da lugar a la contaminación del suelo y el agua. Además, la producción y eliminación de baterías requiere una cantidad considerable de energía, lo que contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero.

Los dispositivos de detección sin batería, por otro lado, pueden alimentarse utilizando técnicas de recolección de energía, como la transferencia inalámbrica de energía del medio ambiente. Esto no solo reduce el impacto ambiental de las baterías, sino que también elimina la necesidad de reemplazos frecuentes de baterías, que pueden ser inconvenientes y costosos.

Además, es probable que los WPIMD en la atención médica sean significativos, con el potencial de aumentar la comodidad del paciente, mejorar el manejo de enfermedades, aumentar la vida útil del dispositivo y reducir los costos de atención médica.

Desde mis primeros recuerdos, incluso cuando era un niño pequeño, me han cautivado los campos de la tecnología y la ciencia. Mi curiosidad fue apoyada y entretenida por mis padres, hermano y maestros.

Después de unirme al Instituto Nacional Tyndall, tuve la oportunidad de trabajar en un proyecto financiado por Horizonte 2020 de la UE llamado Apache, donde se me encomendó desarrollar un dispositivo de detección sin batería para monitorear artefactos de museos bajo la supervisión del Dr. John Buckley.

Durante este proyecto, obtuve una comprensión más profunda del impacto de las baterías en el medio ambiente y los problemas asociados, como el costo de reemplazo de la batería para varias aplicaciones.

Mi trabajo de investigación en el proyecto Apache cambió mi forma de pensar y me inspiró a seguir una carrera en el campo de la investigación de transferencia de energía inalámbrica y el desarrollo de dispositivos médicos inalámbricos.

Hay varios desafíos y conceptos erróneos asociados con el desarrollo de WPIMD. El desarrollo de WPIMD es un proceso complejo que requiere atención a una variedad de consideraciones técnicas y regulatorias. Es fundamental lograr una alta eficiencia de transferencia de energía entre el lector externo y el implante. La baja eficiencia puede resultar en un rendimiento deficiente del dispositivo y la alta potencia del lector externo puede aumentar el riesgo de daño tisular.

El diseño adicional de enlaces de comunicación inalámbricos seguros puede ser una consideración desafiante en el desarrollo de WPIMD, ya que estos dispositivos deben proteger los datos del paciente y evitar el acceso no autorizado al implante.

Además, desarrollar WPIMD en tamaño de escala de cm2 puede ser un desafío, ya que requiere la integración de antenas eléctricamente pequeñas (ESA). Los ESA sufren de baja ganancia y eficiencia de radiación, lo que limita la cantidad de energía de RF disponible para alimentar el WPIMD.

La pandemia de Covid-19 tuvo un efecto importante y notable en la participación pública en la ciencia y llevó a las personas a volverse competentes y cómodas con el aprendizaje en línea y el trabajo remoto.

Durante este tiempo, el Dr. Sanjeev Kumar y yo creamos videos para mostrar el concepto de transferencia de energía inalámbrica a estudiantes universitarios y al público. Ahora, todos estos videos grabados pueden acomodar a aquellos que no pueden asistir a las sesiones en persona por varios motivos, lo que hace que nuestra investigación científica sea más accesible para todos.

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Relacionado: tecnología médica, investigación, University College Cork, ingeniería, Instituto Nacional Tyndall

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