Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2412.00843

帮助 | 高级搜索

物理学 > 医学物理

arXiv:2412.00843 (physics)
[提交于 2024年12月1日 ]

标题: 无线电子机械超材料植入物

标题: Wireless Electronic-free Mechanical Metamaterial Implants

Authors:Jianzhe Luo, Wenyun Lu, Pengcheng Jiao, Daeik Jang, Kaveh Barri, Jiajun Wang, Wenxuan Meng, Rohit Prem Kumar, Nitin Agarwal, D. Kojo Hamilton, Zhong Lin Wang, Amir H. Alavi
摘要: 尽管过去二十年无线智能植入物取得了显著进展,当前的可植入设备仍以被动方式运行,并需要额外的电子模块来无线传输存储的生物数据。 为了解决这些挑战,我们通过机械超材料和纳米能量收集技术的集成,提出了一种创新的可植入系统无线力传感范式。 我们展示了复合机械超材料植入物,能够作为一体化的无线力传感单元,集成功能包括发电、传感和传输,且功耗极低。 在这种替代通信方法中,植入物从机械刺激中收集到的电信号被直接用于传感数据的无线传输。 我们进行了实验和理论研究,以展示使用电极检测由应变诱导产生的极化电场的无线检测能力。 通过概念验证的骨科植入物(全膝关节置换术形式),评估了所提出的无线力传感方法的可行性。 研究表明,创建的无线、无电子元件的超材料植入物,功率输出低至0.1皮瓦,可在空气、模拟体液和动物组织中实现力传感期间的直接自供电无线通信。 我们通过一系列在离体人类尸体膝关节标本上进行的实验验证了所提出的植入物的功能。 此外,还研究了电极尺寸和放置位置对接收信号强度的影响。 最后,我们强调了我们的方法在无需依赖任何外部电源的情况下,创造各种机械可调的无线力传感植入物的潜力。
摘要: Despite significant advancements in wireless smart implants over the last two decades, current implantable devices still operate passively and require additional electronic modules for wireless transmission of the stored biological data. To address these challenges, we propose an innovative wireless force sensing paradigm for implantable systems through the integration of mechanical metamaterials and nano energy harvesting technologies. We demonstrate composite mechanical metamaterial implants capable of serving as all-in-one wireless force sensing units, incorporating functions for power generation, sensing and transmission with ultra-low power requirements. In this alternative communication approach, the electrical signals harvested by the implants from mechanical stimuli are utilized directly for the wireless transmission of the sensed data. We conduct experimental and theoretical studies to demonstrate the wireless detection of the generated strain-induced polarization electric field using electrodes. The feasibility of the proposed wireless force sensing approach is evaluated through a proof-of-concept orthopedic implant in the form of a total knee replacement. The findings indicate that the created wireless, electronic-free metamaterial implants with a power output as low as 0.1 picowatts enable direct, self-powered wireless communication during force sensing across air, simulated body fluid and animal tissue. We validate the functionality of the proposed implants through a series of experiments conducted on an ex vivo human cadaver knee specimen. Furthermore, the effect of electrode size and placement on the strength of the received signals is examined. Finally, we highlight the potential of our approach to create a diverse array of mechanically-tunable wireless force sensing implants without relying on any external power sources.
主题: 医学物理 (physics.med-ph) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2412.00843 [physics.med-ph]
  (或者 arXiv:2412.00843v1 [physics.med-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.00843
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Amir H. Alavi [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2024 年 12 月 1 日 15:15:54 UTC (2,244 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
cond-mat
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2024-12
切换浏览方式为:
cond-mat.mtrl-sci
physics
physics.med-ph

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号