Công nghệ mới có thể sạc thiết bị điện tử dưới nước và thậm chí qua da

Công nghệ đang phát triển nhanh chóng, ngày càng nhiều thiết bị điện tử nhỏ gọn và hiện đại đến mức có thể được sử dụng bên trong cơ thể và dưới nước. Trong đó, việc tìm ra phương thức an toàn và ổn định để cấp năng lượng cho những thiết bị này là một bài toán quan trọng. Các phương pháp sạc không dây phổ biến – như cảm ứng điện từ hoặc sóng vô tuyến (RF) – thường không hoạt động tốt trong những dạng môi trường nêu trên. Chúng chỉ truyền được lượng năng lượng nhỏ, khoảng cách truyền ngắn và có thể gây nhiễu cho các thiết bị điện tử lân cận.

Để giải quyết những vấn đề này, các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) và Đại học Hàn Quốc đang hướng đến công nghệ siêu âm. Không giống như sóng RF, sóng siêu âm ít bị mô người hấp thụ hơn và gây ít nhiễu hơn,từ đó phù hợp hơn để sạc các thiết bị cấy ghép y tế và thiết bị đeo trên da.

Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Sunghoon Hur và Giáo sư Hyun-Cheol Song dẫn đầu đã chế tạo một bộ thu siêu âm linh hoạt sử dụng vật liệu áp điện tiên tiến. Bộ thu này vẫn hoạt động ngay cả khi bị uốn cong và có thể bám sát vào các bề mặt cong như da. Thử nghiệm ban đầu cho thấy nó có thể cung cấp công suất sạc 20 miliwatt không dây qua 3cm nước và 7 miliwatt qua 3cm da – đủ để vận hành các thiết bị nhỏ như cảm biến đeo dưới nước hoặc thiết bị cấy ghép trong cơ thể người.

Nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng bộ thu này có thể được sử dụng để sạc pin, mở ra cánh cửa cho các thiết bị cấy ghép có tuổi thọ dài hơn mà không cần phẫu thuật thay pin thường xuyên. Tiến sĩ Hur cho biết: “ Thông qua nghiên cứu này, chúng tôi đã chứng minh rằng công nghệ truyền năng lượng không dây bằng siêu âm có thể được áp dụng một cách thiết thực. Chúng tôi dự định tiến hành nghiên cứu sâu hơn để thu nhỏ và thương mại hóa nhằm đẩy nhanh việc ứng dụng thực tế của công nghệ ”.

Song song với đó, các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu máy phát điện nano ma sát sử dụng năng lượng siêu âm (US-TENGs). Những thiết bị này có thể truyền năng lượng qua da mà không cần phẫu thuật, nhưng chúng gặp phải hạn chế về công suất đầu ra thấp và độ cứng. Để cải thiện điều này, một phiên bản mới có tên US-TENGDF-B (Máy phát điện nano ma sát sử dụng năng lượng siêu âm tăng cường điện môi-sắt điện) đã được phát triển. Nó sử dụng một thiết kế đặc biệt để tạo ra nhiều năng lượng hơn với sóng siêu âm nhẹ hơn và từ khoảng cách xa hơn.

Thiết bị nâng cấp này đạt công suất khoảng 26 volt và cung cấp 6,7 miliwatt điện khi sạc pin từ khoảng cách 35mm. Nó vẫn ổn định ngay cả khi bị uốn cong - rất hữu ích đối với các bộ phận cong trên cơ thể hoặc thiết bị cấy ghép như tim nhân tạo. Các nhà nghiên cứu cho biết US-TENGDF-B hiệu quả để sạc không dây ngắn hạn sâu bên trong cơ thể, đặc biệt là trong các hệ thống linh hoạt.

Những công nghệ mới nêu trên cho thấy tiềm năng thực sự trong việc cấp nguồn an toàn cho các thiết bị điện tử tiêu thụ ít năng lượng, cả dưới nước và bên trong cơ thể người. Chúng có thể giúp các thiết bị tương lai như máy tạo nhịp tim, máy kích thích thần kinh, cảm biến dưới nước và máy bay không người lái hoạt động lâu hơn và đáng tin cậy hơn – mà không cần sạc hoặc thay thế thường xuyên.