Piezoelectric nanogenerators are energy harvesting device to convert a mechanical energy into an electric energy using nanostructured piezoelectric materials. This review summarizes works to date on piezoelectric nanogenerators, starting with a basic theory of piezoelectricity and working mechanism, and moving through the reports of numerous nanogenerators using nanorod arrays, flexible substrates and alternative materials. A sufficient power generated from nanogenerators suggests feasible applications for either power supplies or strain sensors of highly integratedl nano devices. Further development of nanogenerators holds promise for the development of self-powered implantable and wearable electronics.
체내에 이식되는 완전 이식형 인공중이 시스템의 제어를 위해 저전력 마이크로프로세서인 MSP430을 이용한 적외선 리모컨형 외부제어기를 설계하였고, 수신된 신호 해석을 위한 제어 알고리즘을 설계하여 전원 ON/OFF와 소리크기 UP/DOWM 동작을 수행하도록 하였다. 먼저 피부 투과시 발생하는 적외선 신호의 반사 및 투과모델을 이용하여 시스템에 필요한 적외선 LED 방사강도를 계산하고, 인반 적외선 리모컨과의 오작동을 방지하기 위해 고유의 데이터 프로토콜을 설정하였다. 이식되는 수신부의 적외선 수신모듈은 자체 소비전류를 줄이기 위해 마이크로프로세서의 내부 타이머에 의한 25% 듀티비를 갖는 출력신호를 전원으로 사용하였다. 4mm 두께의 돼지피부를 이용한 피부투과 전송실험을 실시하여 구현된 송수신 장치로 신호가 전달됨을 확인하였다.
The axial-flow type blood pump(XVAD) which has been developed in our group consists of mechanical parts (an impeller, a diffuser and a flow straightener) and electrical parts (a motor and a magnetic bearing). The magnetic bearing system fully levitates the impeller to remove mechanical coupling with other parts of the pump with constant gap, which needs non-contact type gap sensing. Conventional gap sensors are too large to be adopted to the implantable axial -flow type blood pump. Thus, in this paper, the compact eddy current type gap sensor system proper for the implantable axial-flow type blood pump was developed and its performance was evaluated in vitro. The developed eddy current type gap sensor system is a transformer type and has a differential probe. Sensor coil(probe) has small dimensions(6 mm diameter, 2 mm thickness) and its optimal inductance was determined as 0.068 mH for the measurement range of $0\sim3mm$. It could be manufactured with 130 turns of the 0.04 mm diameter copper coil. The characteristics of the developed eddy current type gap sensor system was evaluated by in vitro experiment. At experiment, it showed satis(actory performance to apply to the magnetic bearing system of the XVAD. It could measure the gap up to 3mm, but the linearity was decreased at the range of $1.8\sim3.0mm$. Moreover, it showed no difference in different media such as the water and the blood at the temperature range of $35\sim40^{\circ}C$.
For developing a wireless implantable device to monitoring the artery variation in real-time. The concept of a special vessel variation measurement capacitive sensor is presented in this paper. The sensor consists of two part; main sensor to measuring the arterial variation, and reference sensor is used to improve the accuracy of the capacitance value variation. Before sensor manufacture, a model of the sensor attached on the artery was designed in 3D to conduct in the FEA simulation to validate the validity and feasibility of the idea. The artery model was designed as layered structures and made of collagenous soft tissues with intima inside, followed by the media and the adventitia. Also, a grease layer was designed in the inner of the arterial wall to imitate the clogged arteries. The simulation was divided into two parts; sensor performance test by changing the diameter of the grease layer, and arterial wall tension test by changing the blood pressure. As the simulation results, the capacitance value measured by the proposed sensor is decreased follow the diameter of the grease increased. Also, large elastic deformation of the arterial wall since changing the blood pressure has been observed.
인공 중이 (IMEHD, implantable middle ear hearing device)용 플로팅 매스 트랜스듀서는 제작 과정상에서 발생하는 구조적 오차 및 제작 결합시의 문제점들로 인해 설계 시 의도와 다른 진동 특성을 가질 수 있게 되고, 이렇게 제작된 진동 트랜스듀서는 향후 실제 환자에게 이식되었을 때의 진동체 진동 성능을 예측하기 어려운 문제점이 있다. 본 연구에서는 제작된 플로팅 매스형 트랜스듀서에 대해 설계값과의 비교 평가 및 향후 컴퓨터 모델화된 청각 중이 집중 소자 모델에 적용이 가능하도록 기 제작된 진동체의 집중 소자 모델 파라미터들을 추정할 수 있는 방법을 제안하였으며, 제안된 방법을 LabVIEW 기반의 그래픽 유저 인터페이스 소프트웨어로 구현하였다. 제안된 방법은 실제 제작된 플로팅 매스형 진동체의 진동 변위 및 위상 데이터를 이용하여 해당 진동체의 집중 모델 파라미터들을 순차적 이차 프로그래밍 (SQP, sequential quadratic programming) 방법으로 추정하는 방식이다. 구현된 방법을 이용하여 측정 데이터에 가해지는 잡음의 양에 따른 플로팅 매스형 진동 트랜스듀서의 집중 모델 파라미터 추정 시의 발생 오차 변화를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 조사하여 본 방법의 파라미터 추정 정확도를 확인하였다. 또한, 실제로 제작한 인공중이용 진동 트랜스듀서에 대해 측정된 진동 변위 및 위상 데이터를 이용하여 진동체의 집중 모델 파라미터들을 추정하였으며, 기존 설계값들과 비교를 통해 제안된 방법의 유용성을 평가하였다.
This paper introduces a biocompatible packaging system for implantable medical device having a hermetic sealing, such that a perfect physical and chemical isolation between electronic medical system and human body (including tissue, body fluids, etc.) is obtained. The hermetic packaging includes an electronic MEMS pressure sensor, power charging system, and bluetooth communication system to wirelessly measure variation of capacitance. The packaging was acquired by Quartz direct bonding and $CO_2$ laser welding, with a size of width $ 6cm{\times}length\;10cm{\times}lheight\;3cm$. Hermetic sealing of the packaged system was tested by changing the pressure in a hermetic chamber using a precision pressure controller, from atmospheric to 900 mmHg. We found that the packaged system retained the same count or capacitance values with sensor 1 - 25,500, sensor 2 - 26,000, and sensor 3 - 20,800, at atmospheric as well as 900 mmHg pressure for 5 hours. This result shows that the packaging method has perfect hermetic sealing in any environment of the human body pressure.
본 논문은 Medical Implant Communications Service (MICS) 주파수 대역을 사용해서 SD급 동영상의 실시간 전송이 가능한 체내이식용 의료기기를 위한 고속 전송기법을 제안한다. 제안 기법은 채널당 300 kHz에 불과한 좁은 대역폭으로 인한 전송률의 제한을 극복하기 위해서 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) 기법에 기반을 둔 다중반송파 전송방식을 사용하여 다채널 전송이 가능하게끔 한다. 여러 개의 MICS 채널을 동시에 활용하는 송신신호의 파워스펙트럼이 MICS 대역의 주파수 활용 조건을 만족시키면서 스펙트럼 효율을 최대화할 수 있도록, 최적화된 부반송파 할당과 IFFT 사이즈, 그리고 사이드로브 억압 기술이 사용된다. 또한 제안하는 기법의 효율적인 구현을 위한 하드웨어 구조도 제시한다. 실험 결과, 본 논문의 기법을 적용한 시스템은 기존의 MICS 대역 트랜시버들보다 최대 약 10배의 전송률 (4.86 Mbps)을 지원할 수 있는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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