Зарядка будущего: ультразвук приходит на смену проводам – даже под водой и внутри тела

В мире, где электроника становится всё более компактной и проникает буквально всюду – от умных часов до медицинских имплантатов – возникает острая потребность в безопасных и надежных способах её питания. Традиционные методы беспроводной зарядки, такие как электромагнитная индукция или радиочастотное излучение, часто оказываются неэффективными в сложных условиях, например, под водой или внутри человеческого тела. Они передают мало энергии, имеют ограниченный радиус действия и могут создавать помехи для другой электроники.

Чтобы решить эту проблему, ученые из Корейского института науки и технологий (KIST) и Корейского университета обратили свой взор на ультразвук. В отличие от радиоволн, ультразвук гораздо меньше поглощается тканями и создает меньше помех, что делает его идеальным кандидатом для питания медицинских имплантатов и носимых устройств.

Команда под руководством докторов Сунхуна Хура и Хён-Чхоль Сонга разработала гибкий ультразвуковой приемник, использующий передовые пьезоэлектрические материалы. Этот приемник сохраняет работоспособность даже в согнутом состоянии и может плотно прилегать к неровным поверхностям, например, к коже. Испытания показали, что он способен передавать по беспроводной сети 20 милливатт энергии через 3 см воды и 7 милливатт через 3 см кожи. Этого вполне достаточно для питания небольших устройств, таких как носимые датчики или имплантаты.

Ученые также продемонстрировали возможность использования приемника для зарядки аккумуляторов, что открывает перспективы создания более долговечных имплантатов, избавляющих пациентов от необходимости частых операций по замене батарей. Доктор Хур отметил:

"Благодаря этому исследованию мы доказали, что технология беспроводной передачи энергии с помощью ультразвука может быть реализована на практике. Мы планируем продолжить исследования для миниатюризации и коммерциализации, чтобы ускорить внедрение этой технологии в реальную жизнь."

Новые горизонты ультразвуковой зарядки

Параллельно с этим, другие научные группы изучают трибоэлектрические наногенераторы с ультразвуковым питанием (US-TENG). Эти устройства способны передавать энергию через кожу без хирургического вмешательства, однако сталкиваются с проблемой низкой выходной мощности и недостаточной гибкостью. Для решения этих проблем была разработана усовершенствованная версия под названием US-TENGDF-B. В ней используется специальная конструкция, позволяющая генерировать больше энергии при более мягком ультразвуковом воздействии и с большего расстояния.

Модернизированное устройство достигло напряжения около 26 вольт и выходной мощности 6,7 милливатт при зарядке аккумулятора с расстояния 35 мм. Оно сохраняло стабильность даже в согнутом состоянии, что делает его пригодным для использования на изогнутых частях тела или в имплантатах, таких как искусственные сердца. По словам исследователей, эта технология эффективна для кратковременной беспроводной зарядки глубоко внутри тела, особенно в гибких системах.

Что это значит для нас?

В совокупности, эти разработки демонстрируют огромный потенциал ультразвука для безопасного питания маломощной электроники в самых разных условиях – как в воде, так и внутри человеческого тела. Это может привести к созданию более долговечных и надежных устройств, таких как кардиостимуляторы, нейростимуляторы, подводные датчики и дроны, избавляя от необходимости частой подзарядки или замены элементов питания.

Представьте себе кардиостимулятор, который никогда не потребует замены батареи, или подводный дрон, способный месяцами собирать данные без подзарядки. Именно такое будущее становится возможным благодаря развитию ультразвуковых технологий зарядки.

Характеристики US-TENGDF-B

Эти технологии открывают новую эру в мире электроники, делая её более удобной, долговечной и безопасной для использования в самых сложных условиях.

Мнение редакции MSReview: Разработка и внедрение ультразвуковых технологий для беспроводной зарядки устройств, особенно медицинских имплантатов, представляет собой значительный шаг вперед. Это открывает новые возможности для создания более удобных и долговечных устройств, которые могут существенно улучшить качество жизни людей.