隨著電子設(shè)備在人體內(nèi)部及水下應(yīng)用場(chǎng)景的擴(kuò)展，尋找安全穩(wěn)定的供電方案變得愈發(fā)重要。傳統(tǒng)電磁感應(yīng)或射頻(RF)等無線充電技術(shù)在這些環(huán)境中表現(xiàn)欠佳——能量傳輸效率低、有效距離短，且易對(duì)周邊電子設(shè)備造成干擾。
為解決這一難題，韓國科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)與高麗大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)將目光投向了超聲波技術(shù)。相比射頻波，超聲波在人體組織中的吸收率更低、干擾更小，特別適合為醫(yī)療植入物和表皮穿戴設(shè)備供電。
由Hur Sunghoon博士和Song Hyun-Cheol教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，采用先進(jìn)壓電材料研制出柔性超聲波接收器。這種接收器在彎曲狀態(tài)下仍能正常工作，可緊密貼合皮膚等曲面。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該設(shè)備能穿透3厘米水深傳輸20毫瓦功率，或穿透3厘米人體組織傳輸7毫瓦功率，足以驅(qū)動(dòng)可穿戴傳感器或微型植入裝置。
研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)該技術(shù)還能為電池充電，這將顯著延長(zhǎng)植入設(shè)備的使用壽命，避免頻繁更換電池的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)?！斑@項(xiàng)研究證實(shí)了超聲無線輸電技術(shù)的實(shí)用化潛力，”Hur博士表示，“我們正推進(jìn)微型化和商業(yè)化研究，以加速技術(shù)落地。”
與此同時(shí)，科學(xué)家還在研發(fā)超聲驅(qū)動(dòng)的摩擦電納米發(fā)電機(jī)(US-TENG)。這類設(shè)備雖能實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)經(jīng)皮充電，但長(zhǎng)期受限于輸出功率低和材質(zhì)僵硬的缺陷。最新研發(fā)的介電-鐵電增強(qiáng)型US-TENG(US-TENGDF-B)通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能以更溫和的超聲波實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高效供電。
測(cè)試表明，這種升級(jí)裝置在35毫米距離外充電時(shí)能產(chǎn)生26伏電壓，輸出功率達(dá)6.7毫瓦。其優(yōu)異的柔韌性使其適用于人體曲面部位或人工心臟等植入設(shè)備。研究人員指出，該技術(shù)特別適合為體內(nèi)深處的柔性電子系統(tǒng)提供短期無線供電。
這些突破性技術(shù)為低功耗電子設(shè)備提供了安全可靠的供電方案，未來有望使心臟起搏器、神經(jīng)刺激器、水下傳感器及無人機(jī)等設(shè)備擺脫頻繁充電或更換電池的困擾。隨著技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，超聲充電或?qū)⒊蔀樯镫娮訉W(xué)和海洋科技領(lǐng)域的重要能源解決方案。
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