با افزایش استفاده از تجهیزات الکترونیکی درون بدن انسان و محیط‌های زیر آب، یافتن روش‌هایی ایمن و پایدار برای تأمین انرژی آن‌ها به موضوعی مهم تبدیل شده است. روش‌های مرسوم شارژ بی‌سیم نظیر القای الکترومغناطیسی یا امواج فرکانس رادیویی (RF) در این شرایط کارایی محدودی دارند؛ چراکه ظرفیت انتقال انرژی‌شان پایین است، برد کوتاهی دارند و ممکن است موجب اختلال در عملکرد سایر تجهیزات شوند.
برای حل این چالش‌ها، محققان موسسه علوم و فناوری کره (KIST) و دانشگاه کره روی فناوری اولتراسونیک متمرکز شده‌اند. برخلاف امواج RF، امواج اولتراسونیک جذب کمتری در بافت بدن انسان دارند و اختلال کمتری ایجاد می‌کنند؛ به همین دلیل گزینه بهتری برای شارژ ایمپلنت‌های پزشکی و ابزارهای پوشیدنی هستند. تیمی به رهبری دکتر “سونگ‌هون هور” و پروفسور “هیون-چول سونگ”، گیرنده‌ای اولتراسونیک و منعطف ساخته‌اند که با استفاده از مواد پیزوالکتریک پیشرفته طراحی شده است.
این گیرنده حتی در حالت خمیده نیز عملکرد مناسبی دارد و به خوبی به سطح‌های منحنی مانند پوست می‌چسبد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که این گیرنده توانایی انتقال بی‌سیم 20 میلی‌وات انرژی از فاصله 3 سانتی‌متری در آب و 7 میلی‌وات از فاصله مشابه در پوست را دارد، میزانی که برای راه‌اندازی تجهیزات کوچک نظیر حسگرهای پوشیدنی یا ایمپلنت‌ها کافی است.
این تیم همچنین نشان داده است که گیرنده مذکور می‌تواند برای شارژ باتری نیز به کار رود. این قابلیت می‌تواند راه را برای ایمپلنت‌هایی با دوام بیشتر باز کند که نیاز به جراحی‌های مکرر جهت تعویض باتری نداشته باشند. دکتر هور اظهار داشت:
با این پژوهش نشان دادیم که فناوری انتقال انرژی بی‌سیم مبتنی بر امواج اولتراسونیک قابلیت کاربرد عملی دارد. قصد داریم تحقیقات بیشتری برای کوچک‌سازی و تجاری‌سازی این فناوری انجام دهیم تا فرایند استفاده واقعی از آن تسریع شود.
در همین حال، دانشمندان در حال بررسی نوع دیگری از فناوری اولتراسونیک به نام “نانوژنراتورهای تریبو الکتریکی اولتراسونیک” (US-TENG) هستند. این تجهیزات می‌توانند بدون نیاز به جراحی، انرژی را از طریق پوست منتقل کنند؛ اما تاکنون با خروجی پایین و سختی زیاد مواجه بوده‌اند. برای بهبود این وضعیت، نسخه جدیدی با نام “US-TENGDF-B” توسعه یافته است که با طراحی خاص خود انرژی بیشتری را با امواج ملایم‌تر و از فاصله‌ای بیشتر تولید می‌کند.
این دستگاه ارتقاءیافته توانست حدود 26 ولت انرژی تولید کرده و باتری را از فاصله 35 میلی‌متری با توان 6.7 میلی‌وات شارژ کند. حتی در شرایط خم شدن نیز عملکرد پایداری داشت و برای بخش‌های منحنی بدن یا ایمپلنت‌هایی نظیر قلب مصنوعی بسیار کاربردی است. پژوهشگران معتقدند این فناوری برای شارژ بی‌سیم کوتاه‌مدت در عمق بدن، به‌ویژه در سیستم‌های منعطف، مؤثر است. در مجموع، این فناوری‌ها ظرفیت بالایی برای تأمین انرژی تجهیزات الکترونیکی کم‌مصرف، آن هم به‌صورت ایمن، درون بدن یا محیط‌های آبی دارند. از جمله کاربردهای احتمالی آینده می‌توان به ضربان‌سازها، محرک‌های عصبی، حسگرهای زیرآبی و پهپادهایی با دوام بالا اشاره کرد.
