Если батарея электрокардиостимулятора разряжается, имплантат как правило подлежит хирургической замене. В настоящее время ученые разрабатывают неинвазивную технологию, которая использует ультразвук для подзарядки аккумулятора. 

Иллюстрация, показывающая, как устройство может периодически получать ультразвук от внешнего преобразователя. Корейский институт науки и технологии (KIST)

Однако, следует признать, что в настоящее время существуют и другие методы беспроводной передачи энергии. Электромагнитная индукция, например, уже используется для зарядки аккумуляторов смартфонов и планшетов. Правда работает она на расстоянии не более 1,5 см (0,6 дюйма), к тому же тепло, выделяемое в процессе передачи энергии, ограничивает ее использование для безопасной подзарядки устройств внутри организма человека.

Еще одним методом является магнитный резонанс, правда, магнитные поля, которые он использует, могут быть подвержены помехам от других технолгий беспроводной связи, таких как Bluetooth и Wi-Fi.

Учитывая эти и другие ограничения, группа специалистов из Корейского института науки и технологии (KIST) разработала имплантируемый генератор, работающий на ультразвуке, который может быть встроен в кардиостимулятор или какой-либо другой имплантат. В нем используется так называемый трибоэлектрический эффект, при котором определенные материалы становятся электрически заряженными при трении друг о друга. (Именно этим объясняется статический заряд, возникающий при расчесывании волос).

В данном устройстве ультразвуковые волны, подаваемые извне, заставляют тонкие слои трибоэлектрических и ферроэлектрических материалов колебаться взад и вперед между двумя слоями электродов. В результате генерируется электрический ток, который может быть использован для зарядки батареи.

Наряду с испытаниями под водой, для имитации человеческого тела генератор также был встроен в свининое мясо. Корейский институт науки и технологии (KIST)

При тестировании этой системы в лабораторных условиях удалось сгенерировать 8 милливатт зарядной мощности, даже если генератор и излучатель находились под водой на расстоянии 6 см (2,4 дюйма) друг от друга. Этого оказалось достаточно, чтобы одновременно зажечь 200 светодиодов или передать под водой сигнал Bluetooth. По сути, эта система может быть использована в подводных технологиях.

"В рамках данного исследования было продемонстрирована технология беспроводной подзарядки электронных устройств с помощью ультразвуковых колебаний", - сказал ведущий ученый, доктор Хен-Чеол Сонг (Hyun-Cheol Song). " В будущем, если удастся усовершенствовать стабильность и эффективность прибора, данную технологию можно будет задействовать для снабжения беспроводной энергией имплантируемых датчиков или глубоководных сенсоров, в которых замена элементов питания является трудоемкой задачей".

Статья об этом исследовании была недавно опубликована в журнале Energy & Environmental Science.

Ученые из Университета науки и технологии имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии работают над созданием собственной системы ультразвуковой зарядки имплантатов, которая включает в себя гидрогель, вырабатывающий электричество под воздействием ультразвука. Другие экспериментальные методы подзарядки батарей кардиостимуляторов без их извлечения включают использование света, сердцебиения и движения тела.

Источники: Национальный исследовательский совет по науке и технике через EurekAlert, Energy & Environmental Science.
(https://www.nst.re.kr/nst_en/) 
(https://www.eurekalert.org/news-releases/949755)
(https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ee/d1ee02623b)