超聲波為水下儀器和人體植入設備充電

科技日報北京4月19日電 （記者張夢然）隨著人口老齡化和醫療技術的進步，使用人工心臟起搏器和除顫器等植入式電子設備的患者數量在全球范圍內不斷增加。韓國科學技術研究院（KIST）宣布，由電子材料研究中心宋憲哲博士領導的研究團隊開發了一種可應用于人體植入物的超聲波無線能量傳輸充電技術，該技術也可為監測海底電纜狀況的傳感器等水下儀器的電池充電。相關研究近日發表在《能源和環境科學》雜志上。

電磁感應和磁共振可用于無線能量傳輸。電磁感應目前用于智能手機和無線耳機。但其使用的限制是電磁波不能穿過水或金屬，導致充電距離短。此外，由于充電過程中產生的熱量是有害的，因此這種方法不能輕易地用于為植入式醫療裝置充電。磁共振法要求磁場發生器和發射裝置的共振頻率完全相同，存在干擾其他無線通信頻率（如Wi-Fi和藍牙）的風險。

KIST團隊采用超聲波而不是電磁波或磁場作為能量傳輸介質。使用超聲波的聲吶通常用于水下環境，在器官或胎兒狀況診斷等各種醫療應用中，超聲波在人體中的安全性已得到驗證。然而，現有的聲能傳輸方法由于聲能傳輸效率低，不易實現商業化。

研究小組開發了一種模型，該模型使用摩擦電原理接收超聲波并將其轉換為電能，該原理可有效地將微小的機械振動轉換為電能。通過在摩擦發電機中添加鐵電材料，超聲波能量傳遞效率從不到1%顯著提高到4%以上。其可在6厘米的距離處充電超過8毫瓦的功率，這足以同時操作200個LED或在水下傳輸藍牙傳感器數據。新開發的裝置具有較高的能量轉換效率并產生少量熱量。