گروهی از پژوهشگران یک حسگر نوآورانه ابداع کرده‌اند که سمعک‌های کاملاً داخلی را محقق می‌کند.

حسگر اوبومیک(UmboMic) که از یک ماده پیزوالکتریک زیست‌سازگار موسوم به پلی‌وینیلیدین دی‌فلوراید(PVDF) برای کاربردهای قابل کاشت ساخته شده است، برای منفعت گیری در بدن، انعطاف‌پذیر و ایمن است.

تلاش آنها تبدیل تشکیل یک میکروفن قابل کاشت شد که همانند میکروفن‌های سمعک خارجی تجاری عمل می‌کند.

به حرف های محققان، این نوآوری به یکی از بزرگترین چالش‌ها برای دستیابی به کاشت حلزون کاملا درونی رسیدگی می‌کند.

راه حل‌های شنوایی درونی

عمل کاشت حلزون به طور کلی به نوعی است که ایمپلنت تا حدی کاشته می‌شود و در اصل به یک سخت افزار خارجی که پشت گوش قرار می‌گیرد، وابسته است. این مولفه خارجی، کاربران را محدود می‌کند و از شنا کردن، ورزش یا خوابیدن زمان پوشیدن آن جلوگیری می‌کند. در نتیجه، برخی از افراد به هیچ وجه از روش کاشت حلزون منفعت گیری نمی‌کنند.

از آنجایی که میکروفن‌های کاشت حلزون زیاد تر در کنار سر قرار می‌گیرند، کاربران نمی توانند از نشانه‌های محلی‌سازی صدای طبیعی گوش خارجی و قابلیت‌های فیلتر نویز منفعت ببرند.

به حرف های محققان، مزایای میکروفن‌های کاملا قابل کاشت زیاد زیاد است. با این حال، اکثر دستگاه‌هایی که به تازگی ساخته شده‌اند که صدا را از طریق پوست یا حرکت استخوان‌های گوش میانی تشخیص خواهند داد، در ضبط صداهای ظریف و محدوده فرکانس گسترده مشکل دارند.

اومبو(Umbo) که ناحیه‌ای از گوش میانی است، محل مقصد این تیم برای تعبیه این میکروفن تازه می بود. اومبو تنها در یک جهت به داخل و خارج می‌لرزد که فهمیدن حرکات آن را تسهیل می‌کند.

اِما وارزینک مهندس برق و علوم کامپیوتر و یکی از نویسندگان این مطالعه در بیانیه‌ای او گفت: مقصد ما این است که جراح، این دستگاه را همزمان با کاشت حلزون و پردازنده داخلی بکارد که به معنی بهینه‌سازی عمل جراحی در میانه کار در اطراف ساختارهای داخلی گوش بدون تشکیل اختلال در هیچ یک از فرآیندهایی است که در آنجا انجام می‌شود.

طراحی کاهنده نویز

این تیم در نهایت اومبومیک را که یک حسگر حرکت مثلثی با ابعاد ۳ میلی‌متر در ۳ میلی‌متر و متشکل از دو لایه PVDF است، گسترش داد.

این لایه‌های PVDF در دو طرف یک برد مدار چاپی انعطاف‌پذیر(PCB) قرار گرفته‌اند و میکروفنی به اندازه یک دانه برنج و ضخامت ۲۰۰ میکرومتر تشکیل کرده‌اند. برای قیاس باید او گفت که ضخامت یک تار موی انسان به طور متوسط ​​نزدیک به ۱۰۰ میکرومتر است.

به حرف های پژوهشگران، نوک باریک اومبومیک به طوری طراحی شده است که در روبه رو ناحیه اومبو در گوش قرار گیرد و هنگامی که آمبو مرتعش می‌شود، به مواد پیزوالکتریک سختی داخل می‌کند و علتخم شدن لایه‌های PVDF و تشکیل بارهای الکتریکی می‌شود. سپس این چندین دفعه توسط الکترودهای حاضر در لایه PCB اندازه‌گیری خواهد شد.

این تیم یک مطرح ساندویچی از PVDF را برای افت نویز تشکیل کرد، جایی که بارهای مثبت و منفی لایه‌های PVDF تداخل الکتریکی را لغو می‌کنند.

محققان اصرار کردند که ساخت این دستگاه چالش برانگیز می بود، چرا که PVDF خواص خود را در دمای ۸۰ درجه سانتیگراد از دست می‌دهد، اما آنها با تزریق تدریجی تیتانیوم موفق شدند بر این مشکل تسلط کنند.

آنها برای تحکیم ارتعاشات کوچک اومبو بدون اضافه کردن نویز این چنین یک تحکیم کننده کم‌نویز سفارشی و کم‌مصرف تشکیل کردند.

حسگر شنوایی پیشرفته

محققان مثالهای اولیه اومبومیک را در استخوان‌های گوش برخی اجساد انسانی آزمایش کردند و کارکرد قوی در محدوده شدت و فرکانس گفتار انسان را توسط آن یافتند. میکروفن و آمپلی‌فایر دارای نویز پایینی بودند که امکان تشخیص صداهای زیاد آرام را فراهم می‌کرد.

وارزینک می‌گوید: چیزی که دیدیم و واقعاً دلنشین می بود این است که جواب فرکانسی حسگر تحت تأثیر آناتومی گوش است که ما روی آن آزمایش می‌کنیم، چون اومبو در گوش افراد گوناگون مقداری متفاوت حرکت می‌کند.

این تیم در حال آماده شدن برای مطالعات حیوانی روی حیوانات زنده برای بازدید زیاد تر این دستگاه و برسی جواب اومبومیک به کاشت است.

آنها این چنین در حال تحقیق بر روی راه حلهای کپسول‌سازی آن می باشند تا این حسگر را تا ۱۰ سال در بدن ایمن نگه دارند و در عین حال انعطاف‌پذیری آن را نگه داری کنند. این چنین احتمالا بتوانند راهی بیابند که از تیتانیوم سخت اجتناب کنند و تکنیک‌های نصب بدون لرزش را بازدید کنند.

جزئیات این مطالعه به رهبری پژوهشگران چشم و گوش MIT، دانشکده پزشکی هاروارد و دانشگاه کلمبیا در مجله Micromechanics and Microengineering انتشار شده است.