Angesichts der steigenden Nachfrage nach Unterwasser- und implantierbarer medizinischer Elektronik ist eine stabile und kontinuierliche Stromversorgung unerlässlich. Herkömmliche kabellose Lademethoden (wie elektromagnetische Induktion und hochfrequenzbasiertes Laden), die in Smartphones und kabellosen Kopfhörern verwendet werden, weisen jedoch Probleme mit kurzen Übertragungsdistanzen, geringer Energieübertragungseffizienz in biologischem Gewebe und elektromagnetischen Störungen auf. Um diese Einschränkungen zu überwinden, erwägen Forscher nun den Einsatz von Ultraschall als neue Technologie für die kabellose Energieübertragung. Ultraschall hat den Vorteil, menschenfreundlich zu sein und weniger vom Gewebe absorbiert zu werden, was eine zuverlässigere Energieübertragung in implantierbaren und hauthaftenden Geräten ermöglicht. Daher entwickelt sich die kabellose Ladetechnologie mit Ultraschallenergie zur nächsten Generation der Energieübertragung.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Sunghoon Hur vom Forschungszentrum für elektronische und hybride Materialien am Korea Institute of Science and Technology (KIST) und Professor Hyun-Cheol Song von der Korea University hat einen biokompatiblen Ultraschallempfänger entwickelt, der auch bei Biegung seine Leistung behält. Der Empfänger überwindet viele der Einschränkungen bestehender drahtloser Energieübertragungsmethoden und verbessert gleichzeitig die Biokompatibilität. Er soll in tragbaren und implantierbaren elektronischen Geräten der nächsten Generation eingesetzt werden. Die Forscher demonstrierten außerdem das kabellose Laden von Batterien durch den Empfang von Ultraschallwellen – ein wichtiger Schritt zur Kommerzialisierung der Technologie.
Insbesondere verbesserten die Forscher die Effizienz der Leistungsumwandlung im Vergleich zu herkömmlichen Ultraschallempfängern durch den Einsatz hocheffizienter piezoelektrischer Materialien und eines einzigartigen Strukturdesigns deutlich. Durch die Entwicklung eines dehnbaren und biokompatiblen Ultraschallempfängers, der sich optimal an die Kurven des menschlichen Körpers anpasst und gleichzeitig eine stabile Leistungsumwandlung gewährleistet, konnten sie 20 mW Leistung in einer Entfernung von 3 cm unter Wasser und 7 mW in einer Tiefe von 3 cm von der Haut übertragen. Dies reicht aus, um tragbare Geräte mit geringem Stromverbrauch oder implantierbare medizinische Geräte kontinuierlich mit Strom zu versorgen.
Credits
Koreanisches Institut für Wissenschaft und Technologie KIST
Die Erkenntnisse sollen die Kommerzialisierung der ultraschallbasierten drahtlosen Ladetechnologie für Unterwasserelektronik und implantierbare Medizinelektronik beschleunigen. Insbesondere wird erwartet, dass sie ein neues Paradigma für die sichere und kontinuierliche Stromversorgung von stromsparenden medizinischen Geräten wie implantierbaren Herzschrittmachern, Neurostimulatoren und tragbaren Sensoren darstellt. Die Technologie soll nicht nur für medizinische Geräte, sondern auch für Unterwasserdrohnen und Meeressensoren eingesetzt werden, die eine langfristige Stromversorgung benötigen.
„Mit dieser Forschung haben wir gezeigt, dass die Technologie zur drahtlosen Energieübertragung mittels Ultraschall praxistauglich ist“, sagte Dr. Sunghoon Hur vom KIST. „Wir planen weitere Forschungen zur Miniaturisierung und Kommerzialisierung, um die praktische Anwendung der Technologie zu beschleunigen.“
