MEMS piezoelectric energy harvester for cochlear implant applications
Koklear implant uygulamaları için MEMS piezoelektrik enerji üreteci
- Tez No: 338449
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HALUK KÜLAH, PROF. DR. HASAN NEVZAT ÖZGÜVEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Kulak Burun ve Boğaz, Makine Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Otorhinolaryngology (Ear-Nose-Throat), Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Bu tez çalışmasında, koklear implant kullanıcılarının batarya bağımlılıklarını azaltmaya yönelik yeni bir metod önerilmiştir. Önerilen metod kulak zarına bağlı olarak çalışan bir MEMS enerji üreticini kullanmaktadır. Enerji üreteci kulak zarı titreşimlerini elektriğe çevirmekte ve koklear implantı beslemektedir; böylece batarya değiştirme/şarj etme problemini azaltmaktadır. Önerilen metodun başka bir varyasyonu çoklu frekans enerji üreteci kullanılarak elektrik üretilmesi ve aynı zamanda titreşim frekansının belirlenmesidir. Üretilen elektrik sinyallerini kokleanın ilgili bölgelerine ulaştırarak işitme sinirleri uyarılabilmektedir. Böylece, kokleanın çalışma prensibini elektro-mekanik olarak mimic eden bir enerji üreteci ile tamamen vücut içinde ve kendi enerjisini sağlayabilen bir koklear implant gerçekleştirilmiş olacaktır. Modelleme, tasarım ve optimizasyon çalışmaları çalışma koşullarını hesaba katarak yapılmıştır. Kulak zarının ve enerji üretecinin birbirine yakın kütle ve esnekliklerinin olmasından dolayı yapılar sonlu elemanlar metodu (SEM) kullanarak entegre edilmiştir. Başlangıçta, enerji üreteci modeli geliştirilmiş ve makro boyutta bir prototiple doğrulanmıştır. Daha sonra, SEM kullanılarak bir membran modeli geliştirilmiştir. Son aşamada, bu iki yapı birleştirilmiş ve optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Piezoelektrik enerji üreteçlerini üretmek için diğer metodlar arasında yüksek gerinim katsayılarından ve yüksek güç potansiyeli olmasından ötürü hazır piezoseramik yapılar tercih edilmiştir. Bu piezoseramik yapıların MEMS yapılarına entegrasyonu amacıyla bir üretim metodu uygulanmıştır. Üretim aşamaları düşük sıcaklıkta yapıştırma ve inceltme işlemlerini de kapsamaktadır. Son olarak üretilen cihaz test edilmiş ve 0.1g ivme altında rezonans frekansı olan 474 Hz de titreşirken 1.33 uW güç üretmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis proposes a novel method for eliminating the battery dependency of cochlear implant users. The proposed method utilizes a MEMS harvester mounted onto the eardrum. The harvester converts the vibrations of the eardrum to electricity and supplies the generated electricity to the cochlear implant; thus, reducing the battery replacement/recharge problems. As an extension of the proposed method, by utilizing a multi-frequency harvester, electricity can be generated while sensing the frequency of the vibration. By transferring the generated electrical signals to corresponding regions inside the cochlea, auditory nerve can be stimulated. Thus, a fully implantable and self-powered cochlear implant can be realized with the harvester, which electromechanically mimics the operation of cochlea. Modeling, design, and optimization studies are conducted by considering operational conditions. Due to comparable mass and stiffness parameters of the eardrum and the harvester, structures are coupled using finite element method (FEM). Initially, the harvester is modeled, and a macro-scale prototype is fabricated for verification. Then, a membrane model is developed utilizing FEM. Eventually, these structures are coupled and optimized. Among possible methods for fabrication of piezoelectric energy harvester, bulk piezoceramics is preferred due to its high strain coefficients and high output power potential. A fabrication method is implemented to integrate piezoceramics into MEMS. The fabrication process involves low-temperature bonding and thinning processes. Finally, the fabricated devices are tested, and it is shown that the harvester is capable of supplying electrical power of 1.33 uW at 0.1g while resonating at its resonance frequency of 474 Hz.
Benzer Tezler
- Scalable fast dispersive scanner
Ölçeklenebilir hızlı dispersiv tarayıcı
RASÜL TORUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Şehir ÜniversitesiElektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZDAL BOYRAZ
- Mikrodalga radyo frekans mikro-elektro-mekanik (RF MEMS) anahtar tasarımı ve üretim süreçlerinin geliştirilmesi
Design and process development of microwave RF MEMS switches
KAAN DEMİREL
Doktora
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDEM YAZGAN
- TiNi şekil hafızalı kaplama filmin sentezlenmesi, özelliklerinin araştırılması ve örnek bir mems uygulaması
Investigation of deposited tini shape memory film's properties and it's mems application
HİKMET ÇİÇEK
Doktora
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
- Güvenilir kablosuz algılayıcı ağlar için çok merkezi düğümlü şartlı çok kopyalı bir yol atama stratejisi
A conditional multi-copy strategy with multiple central nodes for more reliable wireless sensor networks
MERVE EKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYŞEGÜL ALTIN KAYHAN
- Rare cell enrichment from blood by using dielectrophoresis
Dielektroforez yöntemi ile kandan ender hücre zenginleştirilmesi
GÜRHAN ÖZKAYAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
DR. EBRU ÖZGÜR