天天看點

科學家利用超音波為水下和人體植入式電子裝置充電

随着人口老齡化和醫療技術的發展,全世界使用人工心髒起搏器和除顫器等植入式電子裝置的患者數量正在增加。目前,身體植入裝置的電池是通過切口手術更換的,這可能導緻健康并發症。是以,研究人員目前正在開發一種新型的無線能量傳輸充電技術,可用于為身體植入的裝置充電而無需手術。同樣的技術也可用于為水下裝置的電池充電,例如用于監測海底電纜狀況的傳感器。

科學家利用超音波為水下和人體植入式電子裝置充電

南韓科學技術研究院(KIST)宣布,由電子材料研究中心的Hyun-Cheol Song博士上司的研究小組開發了一種超音波無線電力傳輸技術,可應用于上述研究領域。

電磁感應和電磁共振可用于無線能量傳輸。電磁感應目前被用于智能手機和無線耳機;然而,其使用受到限制,因為電磁波不能穿過水或金屬,導緻傳輸距離短。此外,這種方法不能輕易用于為植入式醫療裝置充電,因為充電時産生的熱量是有害的。電磁共振方法要求磁場發生器和發射裝置的共振頻率完全相同;此外,還存在幹擾其他無線通信頻率的風險,如Wi-Fi和藍牙。

科學家利用超音波為水下和人體植入式電子裝置充電

是以,KIST團隊采用超音波作為能量傳輸媒介,而不是電磁波或磁場。使用超音波的聲納通常用于水下環境,而在人體中使用超音波的安全性在各種醫療應用中也得到了保證,如器官或胎兒狀況的診斷。然而,由于聲能的傳輸效率低,現有的聲能傳輸方法不容易實作商業化。

研究小組開發了一個模型,利用摩擦起電原理接收超音波并将其轉換為電能,該原理可以将小的機械振動有效地轉換為電能。通過在摩擦電發電機中加入鐵電材料,超音波的能量傳輸效率從不到1%大幅提高到4%以上。此外,在6厘米的距離上可以充電超過8毫瓦,這足以同時操作200個LED或在水下進行藍牙傳感器資料通信。此外,新開發的裝置具有很高的能量轉換效率,産生的熱量也很低。

科學家利用超音波為水下和人體植入式電子裝置充電

宋博士對該結果的意義解釋如下:“這項研究表明,電子裝置可以通過超音波的無線電源充電來驅動。如果該裝置的穩定性和效率在未來得到進一步提高,這項技術可以應用于為植入式傳感器或深海傳感器無線供電,在這種情況下更換電池是很麻煩的。”