Улучшенная ультразвуковая беспроводная зарядка для имплантируемых биомедицинских устройств

Беспроводная передача энергии на основе ультразвука становится более привлекательным вариантом для питания имплантированных биомедицинских устройств, поскольку она может преодолеть многие ограничения и проблемы, с которыми сталкиваются другие подходы к беспроводной зарядке. Новое исследование показало, что форма имплантированного приемника может значительно повысить эффективность сбора энергии ультразвукового луча.

Современные технологии беспроводной зарядки используют электромагнитные или радиоволны для зарядки батарей имплантированных биомедицинских устройств, таких как кардиостимуляторы и кохлеарные имплантаты. Но эти подходы теряют значительное количество энергии, проходящей через ткани, что делает их менее эффективными для более глубоких устройств. Они также связаны с потенциальными проблемами, такими как нагревание тканей и иммунные эффекты.

Ультразвук может проникать глубже в ткани, не теряя при этом много энергии и не вызывая серьезных побочных эффектов. В новом исследовании профессор Джин Хо Чанг из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук в Республике Корея возглавил группу исследователей, изучающих, как улучшить сбор ультразвуковой энергии путем изменения размера, формы и положения имплантированного пьезоэлектрического приемника.

Они обнаружили, что расположение приемника в фокусе сфокусированного ультразвукового луча значительно повышает эффективность передачи энергии. Работа опубликована в журнале Нано Энергия.

Пьезоэлектрический приемник генерировал разные фазы электрических сигналов в зависимости от того, с какой частью ультразвукового луча он взаимодействовал. Наиболее эффективная передача энергии происходила в главном лепестке пучка. Другими словами, чем больше, тем лучше, хотя больший приемник будет взаимодействовать с большей частью ультразвукового луча.

На основе этих условий был разработан передатчик и приемник ультразвука продолговатой формы. Этот передатчик формирует широкий главный лепесток в фокусе, а приемник согласовывает энергию выходного луча с высокой эффективностью.

«Сочетание сфокусированного луча и хорошо подобранного приемника позволяет ультразвуковым передатчику и приемнику продолговатой формы достигать значительно более высокой подачи энергии по сравнению с обычными системами беспроводной передачи энергии на основе ультразвука», — говорит профессор Чанг.

Эффективность системы была проверена как под водой, так и через 50 мм ткани свиньи. Продолговатый приемник мог полностью зарядить батарею через ткань за 1,8 часа, что вполне соответствует диапазону, необходимому для коммерческих батарей.

«Мы считаем, что эти результаты станут трамплином для значительного прогресса в технологии беспроводной передачи энергии на основе ультразвука», — говорит Чанг. «Его инновационный дизайн и продемонстрированная эффективность обладают огромным потенциалом для использования в следующем поколении глубоко имплантируемых биомедицинских устройств».