田媛

石添誠是南京郵電大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)的碩士研究生，他的課題是對攜能通信，即攜帶有能量的通信技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)研究。在選擇研究方向之前，石添誠就已瞄準(zhǔn)了這個課題，“我爺爺植入心臟起搏器已經(jīng)五六年了，因為電池即將耗盡，我大學(xué)畢業(yè)前他又做了手術(shù)。我當(dāng)時就想，手術(shù)對人的創(chuàng)傷很大，為什么不能給心臟起搏器充電，或者尋找一種新的方式來傳輸能量呢？”帶著這個想法，當(dāng)看到導(dǎo)師的課題研究方向時，石添誠便迫不及待加入了導(dǎo)師麾下。

電磁波不可行研一剛開學(xué)，石添誠就向?qū)煴磉_(dá)了想將心臟起搏器與攜能通信聯(lián)系起來研究的想法。得到導(dǎo)師的支持后，石添誠就著手開展了一系列調(diào)研活動。他向我們介紹說：“心臟起搏器是一種植入于人體內(nèi)的電子治療儀器，內(nèi)部的脈沖發(fā)射器產(chǎn)生電脈沖，可以刺激電極所接觸的心肌擴(kuò)張和收縮。所以，起搏器要想正常工作，首先要保證電池電量充足?！彪m然起搏器內(nèi)的電池是可充電的鋰電池，但因為電池植入了人體，當(dāng)電池沒電時就需要通過手術(shù)更換，那么，有沒有無需手術(shù)就為鋰電池充電的方法呢？

課題組的一個小伙伴提出：“最簡單直接的充電方式，就是給心臟起搏器連接兩根導(dǎo)線?！边@個想法雖然有理有據(jù)，但很快就被石添誠否定了：“這個方法太奇怪了，導(dǎo)線透過皮膚伸出兩個電極，然后再插入插座，感覺在像為機(jī)器人充電一樣。而且導(dǎo)線穿透皮膚也是創(chuàng)傷，平時還要照顧好這兩根導(dǎo)線，甚至洗澡都會成為問題。”石添誠說，這種方式從現(xiàn)實(shí)情況來講，是無法實(shí)現(xiàn)的。

通過查閱資料，石添誠發(fā)現(xiàn)還有一種通過電磁感應(yīng)來充電的方式。在這種方式中，研究者們?yōu)樾呐K起搏器內(nèi)的電池纏繞上感應(yīng)線圈，線圈兩端分別接在電池兩端。需要充電時，就在人體外部放置另外一個連接有交流電源的感應(yīng)線圈，通過改變磁通量來為體內(nèi)的鋰電池充電?！暗@需要人體和外部的感應(yīng)線圈靠得很近，大概是 2cm到3cm這么近，且不說產(chǎn)生的磁場是否會對人體造成傷害，重要的是心臟起搏器內(nèi)部有很多精密的部件，極有可能會受到電磁波的干擾而發(fā)生問題。這樣的方式太冒險?！?/p>

就在這時，石添誠發(fā)現(xiàn)同課題組的另一位同學(xué)正在研究軍隊在野外行軍時的便攜充電設(shè)備。這位同學(xué)通過在膝蓋上佩戴一種傳動裝置，將走路時膝蓋自然彎曲所產(chǎn)生的機(jī)械能收集起來，然后轉(zhuǎn)換為電能，最終傳遞給所需供電的設(shè)備。在同伴的啟發(fā)下，石添誠不禁想到：是不是也可以將人體產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為心臟起搏器所需要的電能呢？但轉(zhuǎn)念一想，膝蓋上的傳動裝置本質(zhì)上也是個微型的發(fā)電機(jī)?！半m然真的是非常環(huán)保和節(jié)能，可這種方式還是避免不了電磁波對人體的輻射和傷害?！币陨辖?jīng)歷讓他明白，只要是用電磁波這種方式充電，就一定會有輻射和傷害。如果想既不手術(shù)，也沒有輻射，就必須找到一種新的能量傳輸方式。

超聲波有靈感

就在石添誠為尋找傳輸能量的新方式而煩惱時，一次同學(xué)聚會幫了他大忙。講到這里，石添誠顯得很興奮：“那時候我正為課題焦頭爛額，本來我是不想去的，后來被硬拉著去，不過幸好我去了！”在那次聚會中，他和一位老同學(xué)聊起了各自的課題，老同學(xué)正在研究超聲波換能器。這是一個將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率，也就是超聲波，然后再傳遞出去的裝置，內(nèi)部的主要材料是壓電陶瓷。聽到這里，石添誠一拍腦袋，這不就有轍了嗎！

聚會回來的當(dāng)晚，石添誠就迫不及待地鉆進(jìn)教研室，他要盡快完善自己的想法，利用超聲波來向心臟起搏器傳輸能量。經(jīng)過近一個月的奮戰(zhàn)后，他將實(shí)驗方案寫成了一份近萬字的報告，呈現(xiàn)在了導(dǎo)師面前。石添誠至今回想起那一刻都?xì)v歷在目：“老師一頁一頁翻過去，看得很認(rèn)真，也看了很久，從他的表情上我就知道，有戲！”果不其然，看完報告后，老師安排了幾個研一的師弟和師妹協(xié)助石添誠一起攻克這個課題，“我覺得這就是對我最大的肯定和鼓勵！”

課題小組建立后，師弟師妹們將石添誠在報告書上提出的想法和計劃加以完善，經(jīng)過兩個月的努力，一個超聲波換能器誕生了?！斑@個換能器內(nèi)部一種叫PZT壓電陶瓷的材料可以實(shí)現(xiàn)力和電的雙向轉(zhuǎn)化，也就是說，當(dāng)給壓電陶瓷一定的力時，這種機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為電能，當(dāng)給壓電陶瓷充電時，這部分電能又可以通過壓電材料轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?！?