С ростом спроса на подводную и имплантируемую медицинскую электронику стабильное и непрерывное электропитание становится крайне необходимым. Однако традиционные методы беспроводной зарядки (такие как электромагнитная индукция и радиочастотная зарядка), используемые в смартфонах и беспроводных наушниках, страдают от коротких расстояний, низкой эффективности передачи энергии в биологических тканях и электромагнитных помех.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи рассматривают возможность использования ультразвука в качестве новой технологии беспроводной передачи энергии. Преимущество ультразвука в том, что он безопасен для человека и меньше поглощается тканями, что позволяет более надежно передавать энергию в имплантируемые и прикрепляемые к коже устройства. В результате технология беспроводной зарядки, использующая ультразвуковую энергию, становится способом передачи энергии нового поколения.

Исследовательская группа из Центра исследований электронных и гибридных материалов Корейского института науки и технологий (KIST) разработала биосовместимый ультразвуковой приемник, который сохраняет свои характеристики даже при сгибании. Приемник преодолевает ограничения существующих методов беспроводной передачи энергии за счет улучшенной биосовместимости, и, как ожидается, будет применяться в носимых и имплантируемых электронных устройствах. Исследователи также продемонстрировали беспроводную зарядку аккумуляторов путем приема ультразвуковых волн, что является важным шагом на пути к коммерциализации технологии. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.

Ученые значительно повысили эффективность преобразования энергии по сравнению с обычными ультразвуковыми приемниками за счет использования высокоэффективных пьезоэлектрических материалов и уникального структурного дизайна. Создав растягивающийся и биосовместимый ультразвуковой приемник, который точно повторяет изгибы человеческого тела и при этом обеспечивает стабильное преобразование энергии, ученые смогли передать 20 мВт мощности на расстояние 3 см под водой и 7 мВт на глубине 3 см от кожи. Этого достаточно для постоянного питания маломощных носимых устройств или имплантируемых медицинских приборов.

Полученные результаты помогут ускорить коммерциализацию технологии беспроводной зарядки на основе ультразвука для подводной и имплантируемой медицинской электроники. Новый метод обеспечит безопасное и непрерывное питание таких устройств, как имплантируемые кардиостимуляторы, нейростимуляторы и носимые датчики. Также ожидается применение технологии в подводных дронах и морских датчиках, требующих длительного питания.

«Мы продемонстрировали, что технология беспроводной передачи энергии с помощью ультразвука может применяться на практике, — сказал доктор Сунхун Хур. — Мы планируем провести дальнейшие работы по миниатюризации, чтобы ускорить практическое применение технологии».