Bilim insanlarından su ve deri üzerinden cihazları şarj eden ultrasonik teknoloji

Vücut içinde ve su altında daha fazla elektronik cihaz kullanıldıkça, bunları güvenli ve sürekli şekilde çalışır tutmanın yollarını bulmak giderek daha önemli hale geliyor. Yaygın kablosuz şarj yöntemleri—elektromanyetik indüksiyon veya radyo frekansı (RF) gibi—bu ortamlarda genellikle iyi çalışmıyor. Bunlar yalnızca küçük miktarda enerji aktarabiliyor, menzilleri sınırlı ve yakındaki elektronik cihazlarla parazit oluşturabiliyor.

Bu sorunlara çözüm bulmak isteyen Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST) ve Kore Üniversitesi’nden araştırmacılar, ultrasona yöneldi. RF dalgalarının aksine, ultrason insan dokusu tarafından daha az emiliyor ve daha az parazite yol açıyor. Bu da tıbbi implantlar ve cilt üstü cihazlar gibi uygulamalar için onu daha uygun hale getiriyor.

Dr. Sunghoon Hur ve Profesör Hyun-Cheol Song’un liderliğindeki ekip, gelişmiş piezoelektrik malzemeler kullanarak esnek bir ultrasonik alıcı geliştirdi. Bu alıcı büküldüğünde bile çalışıyor ve cilt gibi kavisli yüzeylere sıkıca yapışabiliyor. Yapılan testlerde, 3 cm sudan 20 miliwatt, 3 cm deriden ise 7 miliwatt gücü kablosuz olarak iletebildiği gösterildi—bu da giyilebilir sensörler veya implantlar gibi küçük cihazları çalıştırmak için yeterli.

Ekip ayrıca bu alıcının pilleri şarj etmekte de kullanılabileceğini gösterdi. Bu sayede sık sık cerrahi müdahaleyle değiştirilmesi gereken implant pillerinin ömrünü uzatmanın yolu açılıyor. Dr. Hur, “Bu araştırma ile ultrason kullanarak kablosuz enerji aktarımının pratikte uygulanabilir olduğunu gösterdik. Teknolojinin pratik kullanımı için miniaturizasyon ve ticarileştirme çalışmalarımıza devam edeceğiz.” dedi.

Bu arada bilim insanları ultrason destekli triboelektrik nanogeneratörleri (US-TENG) de araştırıyor. Bu cihazlar cildi kesmeden enerji iletebiliyor fakat düşük çıkış ve sertlik gibi sorunlarla mücadele ediyorlar. Bu sorunu çözmek için dielektrik-ferroelektrik destekli yeni bir versiyon (US-TENGDF-B) geliştirildi. Özel tasarımı sayesinde daha nazik ultrason dalgalarıyla ve daha uzaktan daha fazla güç üretebiliyor.

Bu gelişmiş cihaz, 35 mm mesafeden bir pili şarj ederken yaklaşık 26 volt ve 6,7 miliwatt güç sağlayabildi. Büküldüğünde dahi stabil kaldı ve bu da onu vücudun kavisli bölgeleri veya yapay kalpler gibi implantlar için uygun kılıyor. Araştırmacılar, bunun özellikle esnek sistemlerde vücut içinde kısa mesafeden kablosuz şarj için etkili olduğunu söylüyor.

Bu teknolojiler, su altında ve insan vücudu içinde düşük enerjili elektronik cihazlara güvenli şekilde enerji sağlama konusunda gerçek bir potansiyel sunuyor. Gelecekte kalp pilleri, nörostimülatörler, su altı sensörleri ve dronlar gibi cihazların daha uzun ve daha güvenilir çalışmasına katkı sağlayabilirler.