חיישני אולטרסאונד לבישים קונבנציונליים הוגבלו על ידי תפוקת כוח נמוכה ויציבות מבנית ירודה, מה שהופך אותם ללא מתאימים להדמיה ברזולוציה גבוהה או ליישומים טיפוליים. צוות מחקר של KAIST התגבר כעת על האתגרים הללו על ידי פיתוח חיישן אולטרסאונד גמיש עם עקמומיות מתכווננת סטטית. פריצת דרך זו פותחת אפשרויות חדשות למכשירים רפואיים לבישים שיכולים לצלם תמונות מדויקות, התואמות לגוף ולבצע טיפולים לא פולשניים באמצעות אנרגיית אולטרסאונד.
KAIST (הנשיא Kwang Hyung Lee) הודיע ב-12 בנובמבר כי צוות מחקר בראשות פרופסור Hyunjoo Jenny Lee מבית הספר להנדסת חשמל פיתח מתמר קולי קיבולי מסוג "flex-to-rigid (FTR)" (CMUT) המסוגל לעבור בחופשיות בין גמישות וקשיחות באמצעות תהליך מוליך למחצה (MEMS wafer).
הצוות שילב סגסוגת של נקודת התכה נמוכה (LMPA) בתוך המכשיר. כאשר מופעל זרם חשמלי, המתכת נמסה, מה שמאפשר למבנה להתעוות בחופשיות; לאחר הקירור, הוא מתמצק שוב, ומקבע את החיישן לצורה המעוקלת הרצויה.
CMUTs קונבנציונליים מבוססי ממברנות פולימרים סבלו ממודול אלסטי נמוך, וכתוצאה מכך כוח אקוסטי לא מספיק ונקודות מוקד מטושטשות במהלך רטט. חסרה להם גם בקרת עקמומיות, מה שהגביל התמקדות מדויקת באזורי יעד.
הצוות של פרופסור לי עיצב מבנה FTR המשלב מצע סיליקון קשיח עם גשר אלסטומר גמיש, ומשיג גם ביצועי תפוקה גבוהים וגם גמישות מכנית. ה-LMPA המוטבע מאפשר התאמה דינמית וקיבוע של צורת המתמר על ידי מעבר בין מצב מוצק לנוזל באמצעות בקרה חשמלית.
כתוצאה מכך, החיישן החדש יכול למקד אוטומטית את האולטרסאונד באזור מסוים בהתאם לעקמומיות שלו – מבלי להזדקק לאלקטרוניקה נפרדת ליצירת קרן – ושומר על ביצועים חשמליים ואקוסטיים יציבים גם לאחר כיפוף חוזר.
הפלט האקוסטי של המכשיר מגיע לרמה של אולטרסאונד ממוקד בעוצמה נמוכה (LIFU), שיכול לעורר בעדינות רקמות לעורר השפעות טיפוליות מבלי לגרום נזק. ניסויים במודלים של בעלי חיים הראו שגירוי טחול לא פולשני הפחית את הדלקת ושיפר את הניידות במודלים של דלקת פרקים.
בעתיד, הצוות מתכנן להרחיב את הטכנולוגיה הזו למבנה מערך דו-ממדי (2D) – סידור חיישנים מרובים ברשת – כדי לאפשר הדמיה אולטרסאונד ברזולוציה גבוהה ויישומים טיפוליים בו זמנית, ולסלול את הדרך לדור חדש של מערכות רפואיות חכמות.
מכיוון שהטכנולוגיה תואמת לתהליכי ייצור מוליכים למחצה, ניתן לייצר אותה ולהתאים אותה למערכות אולטרסאונד לבישות ולשימוש ביתי.
מחקר זה נערך על ידי Sang-Mok Lee, Xiaojia Liang (שותף-הסופר הראשון), ומשתפי הפעולה שלהם בפיקוחה של פרופסור Hyunjoo Jenny Lee. התוצאות פורסמו באינטרנט ב-23 באוקטובר ב npj אלקטרוניקה גמישה (פקטור ההשפעה: 15.5).
המחקר נתמך על ידי התוכנית לפיתוח טכנולוגיה ביו ורפואית (תוכנית מחקרי התכנסות מדעי המוח) של משרד המדע והתקשוב (MSIT) והקרן לפיתוח מכשור רפואי של קוריאה, יוזמת מו"פ רב-משרדית.
