W dobie gwałtownego rozwoju medycyny personalizowanej oraz technologii ubieralnych, kluczowym wyzwaniem staje się dostarczanie niezawodnego, stałego zasilania dla urządzeń działających w nietypowych warunkach – zarówno wewnątrz ludzkiego ciała, jak i w środowisku wodnym. Tradycyjne systemy bezprzewodowego ładowania, oparte na indukcji elektromagnetycznej lub falach radiowych, nie sprawdzają się w takich zastosowaniach. Fale te są silnie tłumione przez tkanki biologiczne, mają ograniczony zasięg i podatność na zakłócenia od innych źródeł.
Czytaj też:Ładowanie w minutę, żywotność na dekady – oto przełomowy akumulator litowo-siarkowy
W poszukiwaniu skuteczniejszego rozwiązania, naukowcy zwrócili się ku technologii ultradźwiękowej. Fale akustyczne o wysokiej częstotliwości są nie tylko mniej pochłaniane przez tkanki i wodę, ale też znacznie bezpieczniejsze dla organizmu. I to właśnie one – jak pokazują najnowsze badania – mogą stać się podstawą rewolucji w bezprzewodowym przesyle energii.
Ładowanie przez ultradźwięki to już nie SF
Fale ultradźwiękowe, choć kojarzone głównie z diagnostyką medyczną – taką jak USG – oraz z zastosowaniami sonarowymi w nawigacji morskiej, posiadają właściwości fizyczne, które czynią je wyjątkowo atrakcyjnym nośnikiem energii. W odróżnieniu od fal elektromagnetycznych, ultradźwięki są znacznie mniej tłumione przez wodę i tkanki biologiczne, co oznacza, że mogą przemieszczać się przez ciało człowieka czy środowisko wodne z minimalną utratą mocy. Dodatkowo nie wchodzą w kolizję z innymi systemami elektronicznymi i nie generują szkodliwego promieniowania, co czyni je bezpieczniejszymi zarówno dla człowieka, jak i dla złożonych środowisk elektromagnetycznych, takich jak szpitale czy laboratoria.
Czytaj też:Panele słoneczne bez toksycznego składnika. Tak wygląda przyszłość fotowoltaiki
Te wyjątkowe cechy stały się punktem wyjścia dla zespołu badaczy z Korea Institute of Science and Technology (KIST) oraz Korea University. Kierowany przez dr Sunghoona Hura i prof. Hyun-Cheola Songa zespół postanowił przekształcić ultradźwięki z narzędzia diagnostycznego w nośnik energii użytkowej. Efektem ich pracy jest innowacyjny, elastyczny odbiornik ultradźwiękowy, wykonany z biokompatybilnych materiałów piezoelektrycznych, który może być aplikowany bezpośrednio na skórę lub implantowany wewnątrz ciała.
Urządzenie skutecznie konwertuje fale ultradźwiękowe na energię elektryczną, nawet gdy znajduje się pod wodą lub w głębokich warstwach tkanek, zachowując przy tym stabilność działania mimo zginania, rozciągania czy zmian położenia. To właśnie ta zdolność adaptacji do ruchomych, miękkich struktur biologicznych stanowi fundament jego rewolucyjnego potencjału.
W testach laboratoryjnych wykazano, że system może przekazać 20 mW (miliwatów) mocy na odległość 3 cm przez wodę i 7 mW przez 3 cm ludzkiej tkanki – to wystarczająco dużo, by zasilać rozrusznik serca, stymulator nerwowy, czy inne urządzenia o niskim poborze energii. Naukowcy zademonstrowali zapalenie diody LED z logo KIST – bez użycia przewodów czy baterii.
Nowa technologia ma szansę zrewolucjonizować nie tylko opiekę zdrowotną, ale także eksplorację morską i inżynierię podwodną. W sektorze medycznym może wyeliminować konieczność inwazyjnych zabiegów wymiany baterii w implantach. Dla osób noszących rozruszniki, neurostymulatory czy biosensory, oznacza to większe bezpieczeństwo, wygodę i jakość życia. Z kolei w sektorze morskim ultradźwiękowy przesył energii umożliwi tworzenie bezobsługowych dronów, sensorów oceanicznych i długowiecznych boi badawczych – działających latami bez potrzeby wynurzania się w celu ładowania.
Dr Hur z KIST zapowiedział, że kolejnym etapem badań będzie dalsza miniaturyzacja odbiorników i przygotowanie ich do zastosowań komercyjnych:
Wykazaliśmy, że przesył energii ultradźwiękowej działa nie tylko w teorii, ale i w praktyce. Teraz czas, by uczynić tę technologię realnym rozwiązaniem dla medycyny i przemysłu.
Projekt był finansowany przez Koreańską Radę Badań Naukowych i Technologicznych (NST), a wyniki zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Advanced Materials.