Ультразвуковая технология заряжает батарейки имплантов без хирургии

Проблема замены батарей в имплантируемых устройствах остаётся одной из главных в медицине. Каждый раз, когда источник питания исчерпывает заряд, пациенту приходится ложиться на операцию. Это сопряжено с рисками, затратами и дополнительным стрессом.

Решение предложили исследователи из Института науки и технологий Тэгу-Кёнбук (DGIST). Их система использует двухслойный пьезоэлектрический модуль, который позволяет улавливать и преобразовывать в электричество даже ту часть ультразвуковой энергии, которая раньше терялась. Первый слой принимает ультразвук и сразу преобразует его в энергию, а второй — дополнительно собирает остаточные волны, прошедшие сквозь первый, обеспечивая дополнительную выработку.

Благодаря такому подходу общая эффективность зарядки увеличивается более чем на 20% по сравнению с традиционными решениями.

Прежде чем приступить к производству, учёные провели моделирование, чтобы оптимизировать конструкцию устройства. После сборки оба слоя соединили, что позволило максимально увеличить мощность на выходе.

Устройство продемонстрировало выдающиеся показатели: в водной среде оно достигло плотности мощности 497 мВт на квадратный сантиметр и выдало в сумме более 730 мВт — достаточно, чтобы зарядить батарею на 140 мА·ч всего за 1 час 40 минут. Но ещё более впечатляющие результаты были достигнуты в условиях, имитирующих человеческое тело.

Ученые протестировали систему через 30-миллиметровый слой свиной ткани — аналог средней толщины тканей человека. Даже в таких условиях модуль выдавал более 312 мВт и зарядил батарею на 60 мА·ч за 1 час 20 минут. Эти результаты более чем в два раза превосходят показатели предыдущих технологий ультразвуковой зарядки.

По словам разработчиков, их система — первая, которая использует весь потенциал ультразвука для зарядки медицинских устройств. Следующая цель ученых — внедрить передовые полупроводниковые компоненты, чтобы довести время полной зарядки до одного часа и подготовить технологию к коммерческому применению.

Если разработка получит одобрение для медицинского использования, она сможет изменить подход к имплантам: уменьшить их размеры, увеличить срок службы, а также повысить комфорт и безопасность пациентов.