Καθώς η χρήση ηλεκτρονικών συσκευών επεκτείνεται ολοένα και περισσότερο σε περιβάλλοντα όπως το ανθρώπινο σώμα και το υποθαλάσσιο πεδίο, η ανάγκη για ασφαλείς και σταθερές μεθόδους παροχής ενέργειας γίνεται όλο και πιο επιτακτική. Οι παραδοσιακές τεχνικές ασύρματης φόρτισης, όπως η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή ή η εκπομπή ραδιοσυχνοτήτων, παρουσιάζουν σοβαρούς περιορισμούς. Δεν έχουν ικανοποιητική απόδοση σε συνθήκες υγρασίας ή μέσα στο ανθρώπινο σώμα, ενώ ενδέχεται να προκαλέσουν παρεμβολές με άλλες ηλεκτρονικές συσκευές.
Αναζητώντας λύσεις, επιστήμονες από το Korea Institute of Science and Technology (KIST) και το Korea University εστιάζουν στην τεχνολογία των υπερήχων. Σε αντίθεση με τα ραδιοκύματα, τα υπερηχητικά κύματα απορροφώνται λιγότερο από τους ανθρώπινους ιστούς και δημιουργούν ελάχιστες παρεμβολές, καθιστώντας τα ιδανικά για τη φόρτιση ιατρικών εμφυτευμάτων ή φορετών συσκευών υγείας.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Dr. Sunghoon Hur και τον καθηγητή Hyun-Cheol Song, ανέπτυξε έναν εύκαμπτο υπερηχητικό δέκτη βασισμένο σε προηγμένα πιεζοηλεκτρικά υλικά. Ο δέκτης αυτός έχει την ιδιότητα να λειτουργεί ακόμα και όταν είναι λυγισμένος, εφαρμόζοντας άνετα σε καμπύλες επιφάνειες όπως το ανθρώπινο δέρμα. Οι δοκιμές κατέδειξαν ότι μπορεί να μεταφέρει ασύρματα 20 milliwatts ενέργειας διαμέσου 3 εκατοστών νερού και 7 milliwatts μέσω 3 εκατοστών ανθρώπινου ιστού. Αυτή η ισχύς είναι επαρκής για τη λειτουργία μικροσυσκευών όπως αισθητήρες ή εμφυτεύματα.
Επιπλέον, η ομάδα απέδειξε ότι ο δέκτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την ασύρματη φόρτιση μπαταριών, γεγονός που ανοίγει τον δρόμο για εμφυτεύματα μακράς διάρκειας, τα οποία δεν θα απαιτούν επεμβατικές διαδικασίες για την αντικατάσταση της μπαταρίας. Όπως δήλωσε ο Dr. Hur,
Μέσω αυτής της έρευνας δείξαμε ότι η τεχνολογία ασύρματης μετάδοσης ενέργειας με χρήση υπερήχων μπορεί να εφαρμοστεί πρακτικά. Σκοπεύουμε να συνεχίσουμε την έρευνα για τη σμίκρυνση και εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας.
Παράλληλα, άλλοι επιστήμονες εργάζονται πάνω σε έναν διαφορετικό τύπο τεχνολογίας, τα λεγόμενα triboelectric nanogenerators που λειτουργούν με υπερήχους (US-TENGs). Οι συσκευές αυτές έχουν τη δυνατότητα να μεταφέρουν ενέργεια μέσα από το δέρμα χωρίς την ανάγκη χειρουργικής επέμβασης. Ωστόσο, μέχρι τώρα παρουσίαζαν προβλήματα όπως χαμηλή απόδοση και δυσκαμψία.
Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα μειονεκτήματα, αναπτύχθηκε μια αναβαθμισμένη εκδοχή με την ονομασία dielectric-ferroelectric boosted US-TENG (US-TENGDF-B). Αυτή η νέα σχεδίαση αξιοποιεί υλικά και μηχανισμούς που επιτρέπουν την παραγωγή μεγαλύτερης ισχύος με ηπιότερους υπερήχους και από μεγαλύτερες αποστάσεις. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των δοκιμών, η συσκευή έφτασε σε τάση 26 volts και απέδωσε 6,7 milliwatts όταν φόρτιζε μπαταρία από απόσταση 35 χιλιοστών. Παρέμεινε σταθερή ακόμη και σε κυρτές επιφάνειες, καθιστώντας την κατάλληλη για χρήση σε περιοχές του σώματος ή σε εμφυτεύματα, όπως τεχνητές καρδιές.
Οι ερευνητές τονίζουν ότι το συγκεκριμένο σύστημα είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό για βραχυπρόθεσμη ασύρματη φόρτιση σε βάθος μέσα στο σώμα, ειδικά σε ευέλικτες και μικρές διατάξεις. Πρόκειται για μια τεχνολογική εξέλιξη που ενδέχεται να επηρεάσει ριζικά το πεδίο των ιατρικών εμφυτευμάτων, επιτρέποντας τη λειτουργία κρίσιμων συσκευών για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα χωρίς την ανάγκη συχνής αντικατάστασης ή επαναφόρτισης.
[via]
