Батареи из ядерных отходов будут питать искусственные нейроны многие годы

Компании Arkenlight и Axorus объединились для создания прототипа первого искусственного нейрона, работающего от алмазной бета-вольтаической батареи, изготовленной из ядерных отходов. Цель состоит в том, чтобы разработать имплантаты медицинского назначения с источниками энергии, которые будут работать десятилетиями без подзарядки.

Технология бета-гальванических батарей разрабатывается Arkenlight на основе алмазов. Эта компания была создана исследователями из Бристольского университета, которые разработали средства для извлечения частиц радиоактивных отходов с атомных электростанций, в частности, углерода-14 и трития из частей реакторов, подвергшихся воздействию излучения топливных стержней, и преобразования их в алмазы, которые могут собирать электроны высокой энергии или бета-частицы, которые они излучают, и превращать их в полезную электроэнергию.

Эти бета-вольтаические батареи будут генерировать энергию в течение очень долгого времени — некоторые могут быть рассчитаны на десятилетия, другие — на тысячи лет, в зависимости от периода полураспада конкретного изотопа, который они используют.

И, несмотря на то, что они сделаны из радиоактивных ядерных отходов, специалисты из Arkenlight говорят, что они очень безопасны для использования вблизи или даже внутри человеческого тела, поскольку бета-излучение такого рода не проникает далеко в ткани, а чрезвычайную твердость алмазной структуры практически невозможно сломать.

Однако важно отметить, что здесь мы говорим о крошечном количестве энергии, и что другие компании, обещающие питать потребительские устройства и электромобили с помощью ядерных алмазных батарей, еще не продемонстрировали, как они будут делать это, не имея батарей больше и тяжелее самих устройств.

Бетавольтаическое устройство (бетавольтаическая ячейка или бетавольтаическая батарея) — это тип ядерной батареи, которая генерирует электрический ток из бета-частиц (электронов), испускаемых радиоактивным источником.

В последнее время Arkenlight работает с французской компанией Axorus над изучением возможности использования бета-вольтаических микробатарей для питания искусственных нейронов, разрабатываемых Axorus.

Эти искусственные нейроны предназначены для встраивания в нервную систему пациента и выполнения множества функций, основанных на их способности общаться с биологическими нейронами, «прислушиваться» к сигналам, посылаемым другими нейронами и другими системами, и посылать собственные сигналы, когда это необходимо.

«Это CMOS-схема, — говорится на веб-сайте компании, — до 1000 раз более энергоэффективная и до 10 раз меньше, чем биологический нейрон. Очень высокая чувствительность делает ее идеальной для медицинских имплантатов».

Axorus надеется использовать такие устройства самыми разными способами. В настоящее время компания разрабатывает искусственную сетчатку, которая объединяет ряд искусственных нейронов с фотодиодами, создавая матрицу «пикселей», которые могут считывать входящий свет и посылать электрический сигнал в мозг через зрительный нерв.

Разработанный для пациентов, страдающих возрастной дегенерацией желтого пятна, он призван вернуть людям центральную часть их зрения, хотя изначально только в черно-белом цвете.

Эти искусственные сетчатки будут питаться от окружающего света, но Axorus ищет решения для их питания ночью, и компания имеет в виду ряд других приложений для своих искусственных нейронов в мозге, эндокринной системе, кишечнике и мочевыводящей системе, где они потенциально могут лечить все виды расстройств, но для их питания не будет света.

Крошечная безопасная бетагальваническая батарея, работающая десятилетиями, могла бы идеально подойти для этих устройств, поэтому Axorus и Arkenlight объединились, чтобы создать доказательство концепции: первый искусственный нейрон, работающий от тритиевого радиоэлектрического микрогенератора энергии.

Целевой размер Arkenlight для этой тритиевой батареи — квадрат 4×4 мм с толщиной менее 50 микрон. Хотя окончательная мощность и ожидаемый срок службы еще не определены, компания заявляет, что ожидает, что эти устройства будут генерировать микроватты энергии в течение десятилетий.

Компания надеется, что к 2024 году она сможет вывести готовое устройство на рынок, и если она сможет продемонстрировать, что эти батареи безопасны и надежны в человеческом теле, и обеспечивают полезную мощность в крошечном корпусе, они могут найти ряд другие медицинские приложения, которые можно подключить в будущем.