Je smartphone heeft een lege batterij, wat vervelend. Even aanhaken aan de lader en daarna kan je weer verder de krant lezen, sociale media opvolgen, of leuke foto's maken.

Wat doorgaans niet meer dan een louter ongemak is bij je telefoon, is beduidend crucialer voor implantaten. Ook pacemakers voor het hart, hersenimplantaten om bijvoorbeeld tremoren of epileptische aanvallen te onderdrukken krijgen van tijd tot tijd te maken met een lege batterij.

En hoe gaan we adequaat tegemoetkomen aan de energiebehoeftes van een nieuwe generatie slimme implantaten en pilletjes die je gezondheid continue of gedurende een bepaalde tijd monitoren? Inslikbare sensoren banen zich bijvoorbeeld een weg door je verteringsstelsel om je gezondheid in kaart te brengen; dan lijkt een grote batterij onpraktisch.

Met de vergrijzing, medische doorbraken en de ontdekking van nieuwe toepassingen zullen implantaten in de toekomst meer en meer deel uitmaken van ons dagelijkse leven dus de kwestie van stroomvoorziening is zeker geen triviale bijkomstigheid.

Voor de grote implantaten zoals pacemakers en hersenstimulators zal een (onderhuidse) batterij gangbaar blijven. Zo'n onderhuidse batterij wordt elke 5 tot 10 jaar vervangen.

Ook al lijken oplaadbare batterijen, die je op tijd en stond kan bijladen, net zoals je smartphone, een logische volgende stap, toch zijn daar een aantal nadelen aan verbonden. Er zijn de veiligheidsoverwegingen. Oplaadbare batterijen zouden in bepaalde omstandigheden namelijk kunnen oververhitten.

Als je batterijen volledig zou kunnen elimineren, kan je ook implantaten maken die kleiner en minder invasief zijn

Ook bestaat de kans dat patiënten hun implantaat soms vergeten op te laden. Bij je smartphone is zo'n moment van verstrooidheid niet levensbedreigend, maar bij een pacemaker houdt dat uiteraard wel een groter risico in.

Kan het ook anders? Oplaadbaar of niet, batterijen blijven grote dingen. Als je ze volledig zou kunnen elimineren, zou je ook implantaten kunnen maken die kleiner en minder invasief zijn. Draadloze stroomvoorziening lijkt hét alternatief. Je hebt daarvoor enkel een kleine spoel of antenne in het implantaat nodig.

De nummer één draadloze laadmethode is momenteel inductie. Inductief laden kan vandaag ook al met je smartphone of smartwatch. Je brengt de interne spoel (in het toestel) en de externe spoel (in de oplader) dicht bij elkaar om zo energie op te wekken.

Voor implantaten wordt deze technologie nog onderzocht maar heeft duidelijk al een streepje voor op andere draadloze oplaadtechnologieën omdat inductie werkt met magnetisch velden.

Ons lichaam is onzichtbaar voor een magnetisch veld; het interfereert dus niet. Andere technologieën zoals die gebaseerd op radiogolven werken met elektrische velden die elektrische stromen opwekken in het lichaam wat bij langdurig gebruik tot weefselschade kan leiden.

Inductie heeft ook minpuntjes voor toepassing in implantaten. Naarmate je implantaat zich dieper in het lichaam bevindt, zal er minder van de energie die de externe spoel verzendt, toekomen, in sommige gevallen zelfs tot de zesde macht minder!

Bij je smartphone is zo'n moment van verstrooidheid niet levensbedreigend, maar bij een pacemaker houdt dat uiteraard wel een groter risico in

Bovendien moeten de interne en externe spoelen uitlijnen op dezelfde as. Inductie is dus ook minder geschikt voor 'reizende' elektronische pilletjes in je verteringsstelsel waarvan je de locatie niet precies weet.

De laatste jaren werd hard gewerkt om hier een mouw aan te passen. Een veelbelovende aanpak bestaat eruit om meerdere externe spoelen voor draadloos opladen te gebruiken zodat je minder afhankelijk bent van exacte uitlijning maar de beste efficiëntie haalt uit de koppeling met een combinatie van spoelen.

Een groep in imec Nederland werkt aan een dynamische multispoeloplossing, die automatisch en in een kwestie van seconden de optimale spoelcombinatie vindt. Deze dynamische multispoel verhoogt de oplaadefficiëntie met een factor vijf.

Dat betekent dat je een implantaat met vijfmaal minder energie kan opladen, dat het vijfmaal langer meegaat, dat je het implantaat vijfmaal veeleisender kan maken met extra functies, dat je 30-40% dieper in het lichaam opladen.

Je zou je kunnen afvragen waarom dan niet alle patiënten draadloos door het leven gaan. Dat hangt uiteindelijk af van de toepassing. Voor een pacemaker die levenslang in je lichaam zit blijven batterijen misschien de beste oplossing, de tussentijdse operaties neem je er wel bij.

Maar, aan een slimme pil die tijdelijk informatie uit je verteringsstelsel haalt, ga je niet snel een grote batterij hangen. Bovendien zitten deze kleine inslikbare instrumenten boordevol energie-eisende elektronica. De afweging tussen energieconsumptie en afmeting speelt dan ook een rol in de keuze.

Er bestaat geen technologie die alle implantaten voortaan van energie zal voorzien, meerdere opties zullen naast elkaar bestaan. Maar het is duidelijk dat we nog veel kunnen verwachten van inductief draadloos opladen, zeker voor de kleine implantaten en pillen voor gezondheidsmonitoring die er zitten aan te komen.

Je smartphone heeft een lege batterij, wat vervelend. Even aanhaken aan de lader en daarna kan je weer verder de krant lezen, sociale media opvolgen, of leuke foto's maken. Wat doorgaans niet meer dan een louter ongemak is bij je telefoon, is beduidend crucialer voor implantaten. Ook pacemakers voor het hart, hersenimplantaten om bijvoorbeeld tremoren of epileptische aanvallen te onderdrukken krijgen van tijd tot tijd te maken met een lege batterij. En hoe gaan we adequaat tegemoetkomen aan de energiebehoeftes van een nieuwe generatie slimme implantaten en pilletjes die je gezondheid continue of gedurende een bepaalde tijd monitoren? Inslikbare sensoren banen zich bijvoorbeeld een weg door je verteringsstelsel om je gezondheid in kaart te brengen; dan lijkt een grote batterij onpraktisch. Met de vergrijzing, medische doorbraken en de ontdekking van nieuwe toepassingen zullen implantaten in de toekomst meer en meer deel uitmaken van ons dagelijkse leven dus de kwestie van stroomvoorziening is zeker geen triviale bijkomstigheid. Voor de grote implantaten zoals pacemakers en hersenstimulators zal een (onderhuidse) batterij gangbaar blijven. Zo'n onderhuidse batterij wordt elke 5 tot 10 jaar vervangen. Ook al lijken oplaadbare batterijen, die je op tijd en stond kan bijladen, net zoals je smartphone, een logische volgende stap, toch zijn daar een aantal nadelen aan verbonden. Er zijn de veiligheidsoverwegingen. Oplaadbare batterijen zouden in bepaalde omstandigheden namelijk kunnen oververhitten. Ook bestaat de kans dat patiënten hun implantaat soms vergeten op te laden. Bij je smartphone is zo'n moment van verstrooidheid niet levensbedreigend, maar bij een pacemaker houdt dat uiteraard wel een groter risico in. Kan het ook anders? Oplaadbaar of niet, batterijen blijven grote dingen. Als je ze volledig zou kunnen elimineren, zou je ook implantaten kunnen maken die kleiner en minder invasief zijn. Draadloze stroomvoorziening lijkt hét alternatief. Je hebt daarvoor enkel een kleine spoel of antenne in het implantaat nodig.De nummer één draadloze laadmethode is momenteel inductie. Inductief laden kan vandaag ook al met je smartphone of smartwatch. Je brengt de interne spoel (in het toestel) en de externe spoel (in de oplader) dicht bij elkaar om zo energie op te wekken. Voor implantaten wordt deze technologie nog onderzocht maar heeft duidelijk al een streepje voor op andere draadloze oplaadtechnologieën omdat inductie werkt met magnetisch velden. Ons lichaam is onzichtbaar voor een magnetisch veld; het interfereert dus niet. Andere technologieën zoals die gebaseerd op radiogolven werken met elektrische velden die elektrische stromen opwekken in het lichaam wat bij langdurig gebruik tot weefselschade kan leiden. Inductie heeft ook minpuntjes voor toepassing in implantaten. Naarmate je implantaat zich dieper in het lichaam bevindt, zal er minder van de energie die de externe spoel verzendt, toekomen, in sommige gevallen zelfs tot de zesde macht minder! Bovendien moeten de interne en externe spoelen uitlijnen op dezelfde as. Inductie is dus ook minder geschikt voor 'reizende' elektronische pilletjes in je verteringsstelsel waarvan je de locatie niet precies weet.De laatste jaren werd hard gewerkt om hier een mouw aan te passen. Een veelbelovende aanpak bestaat eruit om meerdere externe spoelen voor draadloos opladen te gebruiken zodat je minder afhankelijk bent van exacte uitlijning maar de beste efficiëntie haalt uit de koppeling met een combinatie van spoelen. Een groep in imec Nederland werkt aan een dynamische multispoeloplossing, die automatisch en in een kwestie van seconden de optimale spoelcombinatie vindt. Deze dynamische multispoel verhoogt de oplaadefficiëntie met een factor vijf. Dat betekent dat je een implantaat met vijfmaal minder energie kan opladen, dat het vijfmaal langer meegaat, dat je het implantaat vijfmaal veeleisender kan maken met extra functies, dat je 30-40% dieper in het lichaam opladen. Je zou je kunnen afvragen waarom dan niet alle patiënten draadloos door het leven gaan. Dat hangt uiteindelijk af van de toepassing. Voor een pacemaker die levenslang in je lichaam zit blijven batterijen misschien de beste oplossing, de tussentijdse operaties neem je er wel bij. Maar, aan een slimme pil die tijdelijk informatie uit je verteringsstelsel haalt, ga je niet snel een grote batterij hangen. Bovendien zitten deze kleine inslikbare instrumenten boordevol energie-eisende elektronica. De afweging tussen energieconsumptie en afmeting speelt dan ook een rol in de keuze. Er bestaat geen technologie die alle implantaten voortaan van energie zal voorzien, meerdere opties zullen naast elkaar bestaan. Maar het is duidelijk dat we nog veel kunnen verwachten van inductief draadloos opladen, zeker voor de kleine implantaten en pillen voor gezondheidsmonitoring die er zitten aan te komen.