Geri Dön

İmplante edilebilir biyomedikal cihazların enerji ihtiyaçlarının sağlanması amacıyla enerji hasatçısı geliştirilmesi ve enerji üretim seviyelerinin analizi

Development of an energy harvester and analysis of its energy generation levels to meet the power requirements of implantable biomedical devices

PDF İndir

  1. Tez No: 986929
  2. Yazar: OLCAY KAAN ÇAKIR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. AYLİN ŞENDEMİR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
  6. Anahtar Kelimeler: Defibrilatörler-implante edilebilir, Elektrokimyasal piller, Süperkapasitör, Defibrillators-implantable, Electrochemical cells, Supercapacitor
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Ege Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

İmplante edilebilir kardiyovasküler elektronik cihazlar, özellikle kalp pilleri, çok sayıda hastanın yaşam kalitesini artırmakta ve hayati organların fonksiyonlarını düzenlemektedir. Ancak bu cihazların batarya ömürlerinin sınırlı olması (7-10 yıl), hastaların yaşamları boyunca birden fazla cerrahi müdahale geçirmelerini gerektirebilmektedir. Özellikle genç ve çocuk yaş grubunda bu durum, tekrar eden cerrahi operasyonların getirdiği riskler ve komplikasyonlar nedeniyle önemli bir klinik sorun oluşturmaktadır. Her batarya değişim operasyonu, enfeksiyon riski taşımakta ve hastaların bazılarında ölümle sonuçlanabilecek komplikasyonlara yol açabilmektedir. Bu tezde, implante edilebilir kalp pillerinin enerji ihtiyacını dışarıdan müdahaleye gerek kalmadan sağlamaya yönelik, piezoelektrik tabanlı bir enerji hasatçısı tasarlanıp üretilmiştir. Bu çift katmanlı kurşun zirkonat titanat piezoelektrik malzeme kullanılarak tasarlanan enerji hasatçısı, insan yürümesi sırasında vücudun yukarı-aşağı hareketinden enerji üretmek üzerine kurgulanmıştır. Öncelikle piezoelektrik tabanlı enerji hasatçısının kullanılabilirliğini göstermek için insan yürüyüşünün dikey yönlü hareketini modelleyen bir robot geliştirilmiştir. Yürüyüş hareketini z yönünde simüle eden bu robotik platform aracılığıyla 0.5-2 Hz frekans aralığında test edilmiştir. Deneysel çalışmalarda, 2 Hz frekansta maksimum açık devre gerilimi Vocmax=3.13 V, maksimum kısa devre akımı Iscmax=82.98 µA ve optimum yük direncinde (38.88 kΩ) maksimum güç çıkışı Pmax=24.7 µW olarak ölçülmüştür. Köprü doğrultucu devre ile AC çıkışın DC'ye dönüştürülmesi sonrası 100 µF kapasitörde 48 saniyede 242 µJ enerji depolanmıştır. Bu enerji miktarı, modern kalp pillerinin gereksinim duyduğu 15 µJ enerji miktarını karşılamaktadır. Elde edilen sonuçlar, bu piezoelektrik enerji hasatçısının düşük güç tüketimli kalp pillerini (1-10 µW) besleyebilecek kapasitede olduğunu göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Implantable cardiovascular electronic devices, particularly pacemakers, significantly improve the quality of life for many patients and help regulate the functions of vital organs. However, the limited battery lifespan of these devices (7–10 years) often necessitates multiple surgical interventions over a patient's lifetime. This issue is especially critical in young and pediatric patient groups, where repeated surgical procedures pose substantial risks and complications. Each battery replacement surgery carries a risk of infection and may lead to complications that, in some cases, can result in death. In this thesis, a piezoelectric-based energy harvester was designed and fabricated to meet the energy demand of implantable pacemakers without requiring external intervention. The energy harvester, constructed using a dual-layer lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric material, was engineered to generate energy from the vertical body motion occurring during human walking. To demonstrate the feasibility of the piezoelectric energy harvester, a robot capable of modeling the vertical displacement of human gait was developed. Using this robotic platform, which simulates walking motion along the z-axis, tests were conducted in the 0.5–2 Hz frequency range.Experimental results showed that at 2 Hz, the device produced a maximum open-circuit voltage of Vocmax = 3.13 V, a maximum short-circuit current of Iscmax = 82.98 µA, and a maximum power output of Pmax = 24.7 µW at the optimal load resistance of 38.88 kΩ. After converting the AC output to DC using a bridge rectifier circuit, 242 µJ of energy was stored in a 100 µF capacitor within 48 seconds. This stored energy meets the approximately 15 µJ required for modern pacemaker pacing pulses. The findings demonstrate that this piezoelectric energy harvester has the capacity to power low-power-consuming pacemakers (1–10 µW).

Benzer Tezler

  1. Tez No

    900378

    Development of a low-temperature hermetic packaging technology for vibrating MEMS devices

    Titreşimli MEMS cihazları için düşük sıcaklıkta hermetik bir paketleme teknolojisi geliştirilmesi

    LEMAN DİCLE BALCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALUK KÜLAH

  2. Tez No

    866799

    Preparation of biocompatible composite 3d architectures based on graphene oxide (GO) and chitosan for flexible all solid state supercapacitors

    Esnek tüm katı hal süper kapasitörler için grafen oksit (GO) ve kitosan bazlı biyouyumlu kompozit 3d mimarilerin hazırlanması

    SAEIDEH ALIPOORILEMEESLAM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT BARSBAY

  3. Tez No

    637379

    2.4 GHz amplitude peak detector and analog-to-digital converter design for energy harvesting applications in bioimplants

    Biyoimplant enerji hasadı uygulamaları için 2.4 GHz genlik tepe değeri detektörü ve analog sayısal çevirici tasarımı

    ONUR AYDINOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ TUFAN COŞKUN KARALAR

  4. Tez No

    749804

    Derin beyin stimülasyonu için verimli bir kablosuz güç transfer sistemi tasarımı

    An efficient wireless power transfer system design for deep brain stimulation

    KEMAL ŞAHİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik BilimleriPamukkale Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVİLAY ÇETİN

  5. Tez No

    818973

    Novel design of transducer for bone conduction use

    Kemik iletiminde kullanılacak yeni bir dönüştürücü tasarımı

    UTKU AYVAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA İNCİ ÇİLESİZ

    DOÇ. DR. SABİNE REİNFELDT

Geri Dön