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Stromversorgung Miniroboter für Magen-Darm-Trakt-Untersuchungen arbeitet mit Hochleistungsbatterie

Redakteur: Kathrin Schäfer

Neueste Mikroprozessoren und Mikroelektroniken ermöglichen immer kompaktere, leichtere und anatomisch verträglichere Medizingeräte. Der Prototyp eines Miniroboters für kabellose Magen-Darm-Trakt-Untersuchungen wurde dafür mit einer leistungsfähigen Batterie auf Lithium/Metalloxid-Basis ausgestattet.

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Eine wachsende Zahl von Einweg-Medizingeräten, wie z.B. Roboterkapseln zum Schlucken oder Einmal-Bohrgeräte, benötigt hochleistungsfähige Energiequellen. Zugeschnitten auf solche speziellen Anforderungen ist die „TLM“-Baureihe, die von den Ingenieuren bei Tadiran entwickelt wurde . Diese Batterien des Systems Lithium/Metalloxid zeichnen sich durch hohe Strombelastbarkeit und schnelle Leistungsbereitschaft bei zugleich niedrigem Gewicht und geringem Volumen aus.

Durchbruch in der Batterietechnik

Die „TLM“-Batterie wurde erstmalig im Jahr 2007 vorgestellt und besteht aus einer Graphit-Anode, einer Misch-Metalloxid-Kathode sowie einem organischen Elektrolyten. Eine noch leistungsfähigere Variante dieser Batterie befindet sich in der Einführungsphase, unter anderem eine Zelle der Größe AA mit einer Kapazität von 1.100 mAh. So kann Tadiran den Anforderungen des Marktes noch besser entgegenkommen. Entsprechende Batterien besitzen eine Leerlaufspannung von 4 Volt und können eine kontinuierliche Stromentnahme von 5 Ampere verkraften, Pulsströme können sogar bis zu 15 A hoch sein.

Weitere Produkteigenschaften der „TLM“-Batterie System Lithium/Metalloxid sind:

  • hermetisch dichte Glas-Metall-Durchführung,
  • Laserschweißung des Deckels an das Gehäuse,
  • außerordentlich lange Lagerfähigkeit und ein
  • weiter Einsatztemperaturbereich von -40 bis +85 °C.

Die Tadiran-Batterien weisen einen charakteristischen Spannungsverlauf auf, der es möglich macht, anhand der

Zellspannung auf ihren Entladezustand zu schließen – womit Geräte automatisch und rechtzeitig vor einer vollständigen Entladung signalisieren können, dass die Energie knapp wird.

Darüber hinaus sind „TLM“-Batterien äußerst sicher, da sie nur ungiftige, nicht unter Druck stehende Lösungsmittel enthalten und Anodenmaterialien verwendet werden, die laut Anbieter weniger reaktiv sind als die anderer nicht wiederaufladbarer Lithiumbatterien.

Diese Lithium/Metalloxid-Batterien von Tadiran entsprechen den Normen UL 1642 sowie IEC 60086-4 und IEC 62281, in denen Prüfmethoden für ein sicheres Verhalten auch unter Missbrauchsbedingungen wie z.B. Quetschen, Überladung und Kurzschluss beschrieben sind. Aufgrund dieser Eigenschaften müssen die Batterien beim Transport nicht als Gefahrgut gekennzeichnet werden.

Funkgesteuerte Endoskopie-Kamera im Pillenformat

Ein Team von Ingenieuren an der Scuola Superiore Sant’Anna im italienischen Pisa hat kürzlich den einsatzfähigen Prototypen eines Miniroboters vorgestellt, der so groß ist, dass er wie eine Pille geschluckt werden kann und sich mithilfe von zwölf „Beinchen“ kabellos durch den Magen-Darm-Trakt eines Patienten bewegen kann.

Frühere Versionen der schluckbaren Roboterkapsel waren zur Fortbewegung noch auf die Peristaltik des Magen-Darm-Traktes angewiesen, also auf natürliche Muskelbewegungen der Darmwände während des Verdauungsvorganges. Sich hierauf zu verlassen, ist jedoch problematisch. Endokrinologen und Techniker möchten nämlich das Tempo und die Fortbewegung der Sonde bei diagnostischen Maßnahmen gern selbst bestimmen.

Videobilder in Echtzeit

Nach dem Verschlucken werden die Beine der Kapsel durch zwei bürstenlose Miniatur-Gleichstrommotoren angetrieben. Eine handelsübliche Mini-Kamera soll künftig Videobilder in Echtzeit übertragen können, eine Dialogfunktion der Software dem Benutzer die genaue Analyse aufgetretener Fehlfunktionen ermöglichen, und es sind sogar Spezialversionen geplant, die auch Gewebeentnahmen oder bestimmte Behandlungen direkt durchführen können.

Dieser erste Prototyp der zwölfbeinigen Kapsel hat eine Kabelverbindung zu einem ebenso kompakten separaten Stromversorgungsmodul, das ebenfalls verschluckt werden muss. Dieses Versorgungs-Modul beherbergt eine Lithiumbatterie vom Typ „TLM-1030“ (10 mal 30 mm), die 3,3 V mit einer Gesamtkapazität von 100 mAh erzeugt.

Bei einem mittleren Stromverbrauch des Roboters von 184 mA reicht die Kapazität der Batterie damit für eine 30-minütige Reise durch den Darm aus. Die Entwicklung von noch leistungsstärkeren TLM-Batterien könnte zur weiteren Miniaturisierung der Roboter-Kapsel beitragen, bei gleichzeitig erweitertem Funktionsumfang.

* Tadiran Batteries GmbH, D-63654 Büdingen, www.tadiranbatteries.de

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