Công nghệ siêu âm này có thể sạc thiết bị thông qua nước
Bởi Hội đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ quốc gia
Sơ đồ của một máy thu siêu âm cho thấy cách nó có thể bị uốn cong và biến dạng trong quá trình sạc không dây cho pin của thiết bị y tế được cấy ghép vào cơ thể, đồng thời vẫn duy trì hiệu suất khi gắn chặt vào cơ thể người. Nguồn: Viện khoa học và công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Một nhóm nghiên cứu từ KIST và Đại học Hàn Quốc đã phát triển một máy thu siêu âm tương thích sinh học.
Khi nhu cầu về thiết bị điện tử y tế cấy ghép và dưới nước ngày càng tăng, việc đảm bảo nguồn điện ổn định và liên tục trở nên ngày càng quan trọng. Các phương pháp sạc không dây truyền thống, chẳng hạn như cảm ứng điện từ và hệ thống dựa trên tần số vô tuyến thường được sử dụng trong điện thoại thông minh và tai nghe, phải đối mặt với một số thách thức.
Bao gồm khoảng cách truyền ngắn, hiệu suất năng lượng thấp trong các mô sinh học và dễ bị nhiễu điện từ. Để giải quyết những vấn đề này, các nhà nghiên cứu đang chuyển sang siêu âm như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho việc truyền năng lượng không dây.
Siêu âm thân thiện hơn với mô và ít bị cơ thể hấp thụ hơn, khiến nó trở thành một lựa chọn đáng tin cậy để cung cấp năng lượng cho các thiết bị cấy ghép và bám dính trên da. Do đó, năng lượng siêu âm đang nổi lên như một giải pháp thế hệ tiếp theo cho sạc không dây.
Một giải pháp linh hoạt, tương thích sinh học
Một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Sunghoon Hur từ Trung tâm nghiên cứu vật liệu điện tử và lai tại Viện khoa học và công nghệ Hàn Quốc (KIST) đứng đầu, cùng với Giáo sư Hyun-Cheol Song của Đại học Hàn Quốc, đã phát triển một bộ thu siêu âm tương thích sinh học, duy trì hiệu suất ổn định ngay cả khi bị uốn cong.
(Bên trái) Ứng dụng đề xuất của bộ thu siêu âm triboelectric trong thiết bị y tế cấy ghép.
(Bên phải) Sơ đồ khối toàn diện của thiết bị. Nguồn: Viện khoa học và công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Thiết bị linh hoạt này giải quyết được nhiều nhược điểm của các công nghệ truyền tải điện không dây hiện có, đồng thời tăng cường khả năng tương thích với cơ thể con người. Nhóm nghiên cứu cũng đã chứng minh thành công việc sạc pin không dây bằng sóng siêu âm, đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới các ứng dụng thực tế và thương mại của công nghệ này.
Nâng cao hiệu quả với thiết kế áp điện
Đặc biệt, các nhà nghiên cứu đã cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển đổi năng lượng so với các bộ thu siêu âm thông thường bằng cách sử dụng vật liệu áp điện hiệu suất cao và thiết kế cấu trúc độc đáo.
Bằng cách thiết kế một máy thu siêu âm có thể co giãn và tương thích sinh học, phù hợp chặt chẽ với các đường cong của cơ thể con người trong khi vẫn đạt được khả năng chuyển đổi năng lượng ổn định, họ đã có thể truyền 20 mW năng lượng ở khoảng cách 3 cm dưới nước và 7 mW ở độ sâu 3 cm so với da. Đây là công suất đủ để liên tục cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo được công suất thấp hoặc các thiết bị y tế cấy ghép.
Một nhà nghiên cứu chiếu sáng một đèn LED có logo KIST thông qua truyền năng lượng không dây. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Cung cấp năng lượng cho tương lai của công nghệ y tế và hàng hải
Những phát hiện này dự kiến sẽ giúp đẩy nhanh quá trình thương mại hóa công nghệ sạc không dây dựa trên siêu âm cho các thiết bị điện tử dưới nước và thiết bị điện tử y tế cấy ghép. Đặc biệt, công nghệ này dự kiến sẽ cung cấp một mô hình mới để cung cấp năng lượng an toàn và liên tục cho các thiết bị y tế công suất thấp như máy tạo nhịp tim cấy ghép, máy kích thích thần kinh và cảm biến đeo được.
Công nghệ này cũng dự kiến sẽ được áp dụng không chỉ cho các thiết bị y tế mà còn cho máy bay không người lái dưới nước và cảm biến hàng hải cần nguồn điện dài hạn.
“Thông qua nghiên cứu này, chúng tôi đã chứng minh rằng công nghệ truyền điện không dây sử dụng siêu âm có thể được ứng dụng thực tế”, Tiến sĩ Sunghoon Hur tại KIST cho biết. “Chúng tôi có kế hoạch tiến hành thêm các nghiên cứu về thu nhỏ và thương mại hóa để đẩy nhanh ứng dụng thực tế của công nghệ này”.
Tài liệu tham khảo: “A Body Conformal Ultrasound Receiver for Efficient and Stable Wireless Power Transfer in Deep Percutaneous Charging” của Iman M. Imani, Hyun Soo Kim, Minhyuk Lee, Seung-Bum Kim, So-Min Song, Dong-Gyu Lee, Joon-Ha Hwang, Jeyeon Lee, In-Yong Suh, Sang-Woo Kim, Jun Chen, Heemin Kang, Donghee Son, Jeong Min Baik, Sunghoon Hur và Hyun-Cheol Song, ngày 26 tháng 3 năm 2025, Advanced Materials.
DOI: 10.1002/adma.202419264
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Bộ Khoa học và CNTT (Bộ trưởng Yoo Sang-im) theo Chương trình thể chế KIST và Dự án phát triển công nghệ vật liệu nano của Quỹ nghiên cứu quốc gia Hàn Quốc (RS202400448865).
