噛むことで補聴器の電池を代用できるかもしれない画期的な技術
著者情報：Michel Demuynck氏, ケベック大学高等工科大学 （ÉTS）バイオメカニクス博士号取得者
難聴者にとって補聴器は必要不可欠なものです。
しかし、補聴器には、電源が高価で環境にやさしくないのがネックです。
しかし、このたび、再生可能な代替エネルギー源が発見され、補聴器の電源として利用できるようになるかもしれないことがわかりました。
このエネルギーは耳の中で生成され、センサーを埋め込んだ耳栓を使って回収されます。
私の博士課程プロジェクトは、顎の動きによって生じる外耳道の変形をモデル化することです。
私の成果は、このような変形から発生する可能性のあるエネルギーの評価向上に貢献することでしょう。
補聴器の問題点
補聴器の問題を理解するために、8歳から補聴器をつけている24歳の建築学生、クララの日常生活を考えてみましょう。
補聴器の電池が切れると、クララは聴力を失い、世界から切り離されます。
彼女の脳の一部は、予備の電池を用意しておくよう、常に警戒しています。
さらに、電池は経済的にも負担となります。
電池の消費量と1個あたりの価格を考えると、15年後には新しい補聴器を購入するよりも電池の方が高くつくとクララは見積もっています。
環境への負担も同様です。
電池に使われているレアメタルは、今のところリサイクルできないため、多くの電池が埋立地に捨てられてしまいます。
充電式電池はワイヤレスヘッドホンでも広く使われており、補聴器がこの技術を導入していないのは意外なことです。
ワイヤレスイヤホンと補聴器を比較するのはおかしいかもしれませんが、高機能化という点では、イヤホンが補聴器に勝るのは、耳元で音量を上げることができるオーディオアンプだけです。
大きく違うのは価格です。
補聴器1台が1000〜2000ドルするのに対し、ヘッドホンは100〜300ドル。
メーカー、医療保険者、補聴器専門家、消費者が一体となったビジネスモデルが、価格の高さを維持しているのです。
要するに、クララの財務的、環境的バランスシートは決してポジティブではないと言っていいです。
しかし、革命は起こります。
顎の動きで補聴器に電力を供給することができるようになるかもしれないのです。
私たちの外耳道がエネルギーを生み出す
耳の中に小指を入れて、口を開けたり閉じたりしてみましょう。
指先の圧力が変化するのがわかるでしょうか。
顎の動きによって、外耳道の周りの組織が圧縮され、形が変化しています。
研究者たちは、この耳の中の変形を電気エネルギーに変換することを提案しています。
いくつかの研究により、この変形から得られるエネルギー量が評価され、有望な結果が得られています。
最新の研究では、補聴器の日常的な操作に必要なエネルギーの最大22%が、10分間の昼休みに生成されると報告されています。
つまり、50分間食事をする動作で、補聴器の1日の使用に必要なすべてのエネルギーを発生させることができるのです。
この実験では、水の入った耳栓を被験者の耳に装着し、耳の中の圧力を測定しました。
そして、顎の動きによって耳栓にかかる圧力を測定した。
そして、その圧力の変化を外耳道の変形に換算したのです。
人体にはまだまだ驚きがあります。
ひとつは、いつでも利用できる持続可能なエネルギー源であること。
太陽光発電パネルが太陽エネルギーを利用するように、人体からエネルギーを取り出す技術も登場しています。
手首の動きから発生する運動エネルギーを利用した自動巻き腕時計がそうです。
補聴器では、耳の近くで熱エネルギーを変換したり、耳の中にミニソーラーパネルを設置する試みも行われています。
しかし、最も注目されているのは、外耳道の変形によるエネルギーを変換することです。
理想的な変換器を求めて
しかし、まだ一つの疑問が残っています。
それは、採取したエネルギーをどのように変換し、蓄積するかということです。
外耳道の変形は機械的なエネルギーであり、そのエネルギーは電気エネルギーに変換された後でなければバッテリーに保存することができません。
この問題を解決するために、研究者は耳栓の周囲に圧電材料のリボンを配置しました。
この圧電材料は、変形することで電気信号を発生させます。
しかし、残念ながら、これまでに試作されたものでは、まだ十分なエネルギー変換が行われていません。
目標値に近いものもありますが、補聴器に組み込めるほど小さくはありません。
今後、形状に合わせたフレキシブルなプリント基板が開発されれば、自己発電型の医療用インプラントが実現できるでしょう。
これらの進歩に伴い、より効率の良いコンバーターが登場し始めるでしょう。
補聴器市場に革命が起こる日も近い？
もし、クララの補聴器の耳栓が、外耳道の変形を電気エネルギーに変換することができれば、クララは充電を気にすることなく日常生活を送ることができるようになります。
電池が切れても、ガムを噛んだり、好きな歌を口ずさんだりするだけでいいのです。
また、この技術は補聴器のコスト削減にも貢献します。
補聴器が高価であるために使用していない難聴のカナダ人20万人にとって、特に有益な技術となるでしょう。
さらに、この技術は、ワイヤレスヘッドホンやイヤーピース、デジタル聴覚保護具、耳かけ型センサー、拡張現実メガネなど、耳の近くや耳の中に装着するすべての技術に応用できる可能性があるのです。
夢を見るのにお金はかかりません。
This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.
