В Корее разработана технология использования ультразвуковых волн для зарядки имплантированных в тело электронных устройств
По мере старения населения и развития медицинских технологий во всем мире растет число пациентов, использующих имплантированные электронные устройства, такие как искусственные кардиостимуляторы и дефибрилляторы. В настоящее время батареи для имплантируемых в тело устройств заменяются через операцию путем разреза, что может привести к осложнениям со здоровьем. Чтобы избежать подобных осложнений разрабатывается новый метод зарядки с беспроводной передачей энергии, который можно использовать для зарядки устройств, имплантированных в тело, без хирургического вмешательства. Эту же технологию можно также использовать для зарядки аккумуляторов подводных устройств, таких как датчики, которые используются для контроля состояния подводного кабеля.
Корейский институт науки и технологий (КИНТ) объявил, что группа ученых из Исследовательского центра электронных материалов разработала ультразвуковую технологию беспроводной передачи энергии, которая может применяться в вышеупомянутых направлениях исследований. Электромагнитная (ЭМ) индукция и магнитный резонанс могут использоваться для беспроводной передачи энергии. ЭМ индукция в настоящее время используется в смартфонах и беспроводных наушниках. Однако ее использование ограничено, поскольку электромагнитные волны не могут проходить через воду или металл, что означает возможность зарядки только с близкого расстояния. Кроме того, этот метод не может быть использован для перезарядки имплантированных медицинских устройств, так как тепло, выделяющееся во время зарядки, может нанести вред. Метод магнитного резонанса требует, чтобы резонансные частоты генератора магнитного поля и передающего устройства были одинаковыми. Кроме того, существует риск помех другим частотам беспроводной связи, таким как Wi-Fi и Bluetooth.
Поэтому команда КИНТ взяла за основу для передачи энергии ультразвуковые волны вместо электромагнитных волн или магнитных полей. Сонар, который использует ультразвуковые волны, обычно применяется в подводных средах, а безопасность использования ультразвуковых волн в организме человека была гарантирована различными медицинскими исследованиями, такими как диагностика состояния органов или плода. Однако существующие методы передачи акустической энергии нелегко коммерциализировать из-за низкой эффективности передачи этой энергии.
Исследовательская группа разработала модель, которая принимает и преобразует ультразвуковые волны в электрическую энергию с использованием трибоэлектрического принципа, позволяющего эффективно преобразовывать небольшие механические колебания в электрическую энергию. Путем добавления ферроэлектрического материала к трибоэлектрическому генератору эффективность передачи ультразвуковой энергии была значительно улучшена: с менее чем 1% до более чем 4%. Более того, стала возможна зарядка мощностью более 8 мВт на расстоянии 6 см, что достаточно для одновременной работы 200 светодиодов или для передачи данных датчика Bluetooth под водой. Кроме того, недавно разработанное устройство имело высокую эффективность преобразования энергии и выделяло минимальное количество тепла.
Руководитель Исследовательского центра электронных материалов в КИНТ доктор Хен Чхоль Сонг объяснил значение результатов следующим образом: «Это исследование показало, что беспроводная зарядка с помощью ультразвуковых волн может приводить в действие электронные устройства. Если в будущем стабильность и эффективность будут улучшены, то эта технология может быть применена для беспроводной подачи питания на имплантированные в тело устройства или глубоководные датчики, замена батарей, для которых крайне обременительна».
