В условиях растущего спроса на имплантируемую медицинскую электронику и подводные устройства потребность в стабильном и непрерывном источнике питания для них еще никогда не была такой острой. С учетом этого исследовательская группа из Корейского института науки и технологий (KIST) и Корейского университета разработала гибкий и биосовместимый ультразвуковой приемник, который позволяет осуществлять беспроводную зарядку даже под водой или под кожей человека. Как отмечают южнокорейские обозреватели, этот прорыв открывает путь для нового поколения имплантируемых медицинских устройств и подводной электроники, которые могут работать без проводов и частой замены батарей.
Традиционные методы беспроводной зарядки, такие как электромагнитная индукция и радиочастотные системы, не работают, когда речь заходит о биологических тканях или водной среде. Из-за малого радиуса действия, низкой эффективности и подверженности электромагнитным помехам они плохо подходят для медицинских имплантатов или погружных в водное пространство устройств. Чтобы преодолеть эти ограничения, южнокорейские ученые обратились к ультразвуку, более безопасному для тканей и совместимому с водой средству, предлагая решение следующего поколения для беспроводной зарядки. При этом они исходили из того, что ультразвуковые волны в меньшей степени поглощаются биологическими тканями и водой, что делает их идеальными переносчиками беспроводной энергии.
Согласно опубликованным сведениям, в новом приемнике, разработанном под руководством доктора Сонхуна Хура из KIST и профессора Хен-Чхоль Сонга из Корейского университета, используются высокоэффективные пьезоэлектрические материалы в растягивающейся структуре, которая адаптируется к телу человека. Они не только сохраняют стабильную работу даже в согнутом состоянии, но и значительно улучшают преобразование энергии по сравнению с обычными ультразвуковыми приемниками. По заявлениям исследователей, это значительный шаг вперед по сравнению с более ранними ультразвуковыми приемниками, которые имели низкую скорость преобразования энергии и жесткие конструкции, непригодные для человеческого тела.
В ходе проведенных южнокорейскими исследователями испытаний устройство, описанное как трибоэлектрическое ультразвуковое устройство, выдавало мощность в 20 милливатт на расстоянии 3 см под водой и семь милливатт на расстоянии 3 см от ткани, чего было достаточно для непрерывной работы маломощных носимых устройств или медицинских имплантатов, таких как кардиостимуляторы и нейростимуляторы нервной системы. Исследователи даже продемонстрировали технологию, включив светодиод с логотипом KIST с помощью беспроводной ультразвуковой передачи.
Как отмечают южнокорейские обозреватели, инновационный приемник также обладает перспективами, выходящими за рамки использования в имплантируемых в человеческое тело устройствах. Его способность работать под водой делает его пригодным для длительного использования в морских датчиках и автономных подводных беспилотных летательных аппаратах, где проводная зарядка непрактична, а замена батарей затруднена. При этом подчеркивается, что, обладая гибкостью, биосовместимостью и эффективностью, этот ультразвуковой приемник может открыть новую эру безопасного, бесперебойного и бесконтактного питания устройств, работающих там, где провода недоступны — от тела человека до морских глубин.
Как сообщается, указанное исследование было проведено при поддержке Министерства науки и информационных технологий Республики Корея в рамках институциональной программы KIST и проекта по разработке технологий наноматериалов Национального исследовательского фонда РК.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.