تعطل جهاز تنظيم ضربات القلب الذكي من الجيل الأحدث بشكل خطير، مما عرض حياة المريض للخطر. لم يكن السبب خطأ برمجياً أو تآكلاً طبيعياً، بل انفجاراً مجهرياً داخل بطاريته. كشف التحليل الجنائي باستخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT) عن وجود تشعبات الليثيوم التي اخترقت الفاصل، مما أدى إلى حدوث ماس كهربائي حراري على مقياس نانومتري.
تحليل بالتصوير المقطعي وتجزئة في برنامجي Dragonfly و VGSTUDIO MAX 🔬
لتحديد موقع العطل، لجأ المهندسون إلى التصوير المقطعي الدقيق بالأشعة السينية. بدقة أقل من 1 ميكرون، التقط الماسح الضوئي البنية الداخلية للخلية. تمت معالجة البيانات الحجمية في برنامج Dragonfly، حيث طُبقت تجزئة قائمة على التعلم العميق لعزل تشكيلات الليثيوم المعدني. نمت هذه الهياكل، ذات الشكل الشبيه بالإبر، من المصعد نحو المهبط. لاحقاً، في برنامج VGSTUDIO MAX، تم إجراء تحليل للمسامية وسُمك الفاصل، مما أكد حدوث الاختراق. أتاح إعادة البناء ثلاثي الأبعاد تصور المسار الدقيق للتشعبة التي تسببت في الماس الكهربائي.
المحاكاة الحرارية ومستقبل التصنيع الدقيق 🔥
كانت الخطوة التالية هي استيراد هندسة التشعبة إلى برنامج Altium Designer لإجراء محاكاة حرارية عابرة. أظهرت النتائج ذروة درجة حرارة موضعية تزيد عن 300 درجة مئوية عند نقطة التلامس، وهي كافية لتبخير الإلكتروليت. تثبت هذه الحالة أن التصور ثلاثي الأبعاد لا يخدم فقط في توثيق الأعطال، بل في إعادة تصميم الفواصل والمصاعد بهياكل تمنع النمو التشعبي. يجب على صناعة أشباه الموصلات للأجهزة الطبية دمج أدوات التحليل هذه في عمليات مراقبة الجودة الخاصة بها.
بما أن التصنيع الدقيق ثلاثي الأبعاد يسمح بإنشاء أقطاب كهربائية ذات هياكل ثلاثية الأبعاد لتحسين كثافة الطاقة، فما هي التحديات المحددة للتصميم وترسيب المواد التي يجب التغلب عليها لتجنب نواة ونمو تشعبات الليثيوم في بطاريات أجهزة تنظيم ضربات القلب القابلة للزرع؟
(ملاحظة: محاكاة رقاقة بحجم 200 مم تشبه صنع البيتزا: الجميع يريد قطعة)