ساخت میکروفن‌های قابل کاشت در بدن برای ناشنوایان

دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دانشگاه هاروارد و کلمبیا میکروفون‌های قابل کاشت برای ناشنوایان ساخته‌اند که سمعک‌های یکپارچه را ممکن می‌سازد.

به گزارش سرگرمی روز، گروهی از محققان حسگر ابداعی ابداع کرده اند که سمعک های کاملا داخل گوش را به واقعیت تبدیل می کند.

حسگر UmboMic که از یک ماده پیزوالکتریک زیست سازگار به نام پلی وینیلیدین دی فلوراید (PVDF) برای کاربردهای قابل کاشت ساخته شده است، برای استفاده در بدن انعطاف پذیر و ایمن است.

تلاش آنها منجر به ایجاد یک میکروفون قابل کاشت شد که مانند میکروفون های سمعک خارجی تجاری کار می کند.

به گفته محققان، این نوآوری به یکی از بزرگترین چالش ها در دستیابی به کاشت حلزون کاملا درونی می پردازد.

راه حل های شنوایی داخلی

جراحی کاشت حلزون معمولاً نوعی است که در آن ایمپلنت تا حدی کاشته می شود و عمدتاً به سخت افزار خارجی که در پشت گوش قرار می گیرد بستگی دارد. این قطعه خارجی از شنا کردن، ورزش یا خوابیدن کاربران در حین پوشیدن آن جلوگیری می کند. در نتیجه برخی افراد اصلا از کاشت حلزون استفاده نمی کنند.

از آنجایی که میکروفون‌های کاشت حلزون اغلب در کنار سر قرار می‌گیرند، کاربران نمی‌توانند از نشانه‌های محلی سازی صدای طبیعی گوش خارجی و قابلیت‌های فیلتر نویز استفاده کنند.

به گفته محققان، مزایای میکروفون‌های کاملاً قابل کاشت بسیار زیاد است. با این حال، اکثر دستگاه‌هایی که به تازگی ساخته شده‌اند که صدا را از طریق پوست یا حرکت استخوان‌های گوش میانی تشخیص می‌دهند، در دریافت صداهای ظریف و محدوده فرکانس وسیع مشکل دارند.

آمبو که ناحیه ای از گوش میانی است، هدف این تیم برای نصب این میکروفون جدید بود. Umbo فقط در یک جهت به داخل و خارج می لرزد و درک حرکات آن را آسان می کند.

اما وارسینک، مهندس برق و علوم کامپیوتر و یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: «هدف ما این است که جراح این دستگاه را همزمان با کاشت حلزون حلزون و پردازنده داخلی کاشت کند، که به معنای بهینه‌سازی جراحی است. کار در اطراف ساختارهای گوش داخلی، بدون ایجاد اختلال در هیچ یک از فرآیندهایی که در آنجا انجام می شود.

طراحی کاهش نویز

در نهایت، تیم Umbomic، یک حسگر حرکت مثلثی با ابعاد 3 میلی متر در 3 میلی متر و متشکل از دو لایه PVDF را توسعه داد.

این لایه‌های PVDF در دو طرف یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر (PCB) قرار می‌گیرند و میکروفونی به اندازه یک دانه برنج و ضخامت 200 میکرومتر ایجاد می‌کنند. برای مقایسه، ضخامت موی انسان به طور متوسط ​​حدود 100 میکرومتر است.

به گفته محققان، نوک نازک آمبومیک به گونه ای طراحی شده است که با پرده گوش متناسب باشد و هنگامی که پرده گوش می لرزد، به مواد پیزوالکتریک فشار وارد می کند و باعث خم شدن لایه های PVDF و تولید بارهای الکتریکی می شود. سپس این بارها توسط الکترودهای موجود در لایه PCB اندازه گیری می شوند.

این تیم یک طرح ساندویچ PVDF را برای کاهش نویز ایجاد کرد، جایی که بارهای مثبت و منفی لایه‌های PVDF تداخل الکتریکی را خنثی می‌کند.

محققان تاکید کردند که ساخت این دستگاه چالش برانگیز است زیرا PVDF در دمای 80 درجه سانتیگراد خواص خود را از دست می دهد، اما آنها توانستند با تزریق تدریجی تیتانیوم بر این مشکل غلبه کنند.

آنها همچنین یک تقویت کننده کم مصرف و کم نویز سفارشی برای تقویت ارتعاشات کوچک umbo بدون اضافه کردن نویز ایجاد کردند.

سنسور شنوایی پیشرفته

محققان نمونه‌های اولیه Ombomic را در استخوان‌های گوش جسد انسان آزمایش کردند و عملکرد قوی در بلندی و محدوده فرکانس گفتار انسان پیدا کردند. میکروفون و آمپلی فایر کم نویز هستند و امکان تشخیص صداهای بسیار آرام را فراهم می کنند.

وارزینک می‌گوید: «آنچه دیدیم که واقعاً جالب بود این است که پاسخ فرکانسی حسگر تحت تأثیر آناتومی گوش است که ما روی آن آزمایش می‌کنیم، زیرا Ombo در گوش افراد مختلف کمی متفاوت حرکت می‌کند.

این تیم در حال آماده شدن برای مطالعات حیوانی زنده برای مطالعه بیشتر دستگاه و ارزیابی پاسخ ناف به کاشت است.

آنها همچنین در حال بررسی روش‌های کپسوله‌سازی هستند تا حسگر را تا 10 سال در بدن ایمن نگه دارند و در عین حال انعطاف‌پذیری آن را حفظ کنند. همچنین، شاید آنها بتوانند راهی برای اجتناب از تیتانیوم جامد و کشف تکنیک‌های نصب بدون لرزش بیابند.

جزئیات این مطالعه که توسط محققان چشم و گوش از MIT، دانشکده پزشکی هاروارد و دانشگاه کلمبیا هدایت شد، در مجله Micromechanics and Microengineering منتشر شده است.