爷爷的心脏起搏器咋充电

石添诚是南京邮电大学通信与信息系统专业的硕士研究生，他的课题是对携能通信，即携带有能量的通信技术进行基础研究。在选择研究方向之前，石添诚就已瞄准了这个课题，“我爷爷植入心脏起搏器已经五六年了，因为电池即将耗尽，我大学毕业前他又做了手术。我当时就想，手术对人的创伤很大，为什么不能给心脏起搏器充电，或者寻找一种新的方式来传输能量呢？”带着这个想法，当看到导师的课题研究方向时，石添诚便迫不及待加入了导师麾下。

电磁波不可行研一刚开学，石添诚就向导师表达了想将心脏起搏器与携能通信联系起来研究的想法。得到导师的支持后，石添诚就着手开展了一系列调研活动。他向我们介绍说：“心脏起搏器是一种植入于人体内的电子治疗仪器，内部的脉冲发射器产生电脉冲，可以刺激电极所接触的心肌扩张和收缩。所以，起搏器要想正常工作，首先要保证电池电量充足。”虽然起搏器内的电池是可充电的锂电池，但因为电池植入了人体，当电池没电时就需要通过手术更换，那么，有没有无需手术就为锂电池充电的方法呢？

课题组的一个小伙伴提出：“最简单直接的充电方式，就是给心脏起搏器连接两根导线。”这个想法虽然有理有据，但很快就被石添诚否定了：“这个方法太奇怪了，导线透过皮肤伸出两个电极，然后再插入插座，感觉在像为机器人充电一样。而且导线穿透皮肤也是创伤，平时还要照顾好这两根导线，甚至洗澡都会成为问题。”石添诚说，这种方式从现实情况来讲，是无法实现的。

通过查阅资料，石添诚发现还有一种通过电磁感应来充电的方式。在这种方式中，研究者们为心脏起搏器内的电池缠绕上感应线圈，线圈两端分别接在电池两端。需要充电时，就在人体外部放置另外一个连接有交流电源的感应线圈，通过改变磁通量来为体内的锂电池充电。“但这需要人体和外部的感应线圈靠得很近，大概是 2cm到3cm这么近，且不说产生的磁场是否会对人体造成伤害，重要的是心脏起搏器内部有很多精密的部件，极有可能会受到电磁波的干扰而发生问题。这样的方式太冒险。”

就在这时，石添诚发现同课题组的另一位同学正在研究军队在野外行军时的便携充电设备。这位同学通过在膝盖上佩戴一种传动装置，将走路时膝盖自然弯曲所产生的机械能收集起来，然后转换为电能，最终传递给所需供电的设备。在同伴的启发下，石添诚不禁想到：是不是也可以将人体产生的机械能转换为心脏起搏器所需要的电能呢？但转念一想，膝盖上的传动装置本质上也是个微型的发电机。“虽然真的是非常环保和节能，可这种方式还是避免不了电磁波对人体的辐射和伤害。”以上经历让他明白，只要是用电磁波这种方式充电，就一定会有辐射和伤害。如果想既不手术，也没有辐射，就必须找到一种新的能量传输方式。

超声波有灵感

就在石添诚为寻找传输能量的新方式而烦恼时，一次同学聚会帮了他大忙。讲到这里，石添诚显得很兴奋：“那时候我正为课题焦头烂额，本来我是不想去的，后来被硬拉着去，不过幸好我去了！”在那次聚会中，他和一位老同学聊起了各自的课题，老同学正在研究超声波换能器。这是一个将输入的电功率转换成机械功率，也就是超声波，然后再传递出去的装置，内部的主要材料是压电陶瓷。听到这里，石添诚一拍脑袋，这不就有辙了吗！

聚会回来的当晚，石添诚就迫不及待地钻进教研室，他要尽快完善自己的想法，利用超声波来向心脏起搏器传输能量。经过近一个月的奋战后，他将实验方案写成了一份近万字的报告，呈现在了导师面前。石添诚至今回想起那一刻都历历在目：“老师一页一页翻过去，看得很认真，也看了很久，从他的表情上我就知道，有戏！”果不其然，看完报告后，老师安排了几个研一的师弟和师妹协助石添诚一起攻克这个课题，“我觉得这就是对我最大的肯定和鼓励！”

课题小组建立后，师弟师妹们将石添诚在报告书上提出的想法和计划加以完善，经过两个月的努力，一个超声波换能器诞生了。“这个换能器内部一种叫PZT压电陶瓷的材料可以实现力和电的双向转化，也就是说，当给压电陶瓷一定的力时，这种机械能可以转化为电能，当给压电陶瓷充电时，这部分电能又可以通过压电材料转化为机械能。”