科學(xué)家利用超聲波為水下和人體植入式電子設(shè)備充電

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）宣布，由電子材料研究中心的Hyun-Cheol Song博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)發(fā)了一種超聲波無(wú)線電力傳輸技術(shù)，可應(yīng)用于上述研究領(lǐng)域。

電磁感應(yīng)和電磁共振可用于無(wú)線能量傳輸。電磁感應(yīng)目前被用于智能手機(jī)和無(wú)線耳機(jī)；然而，其使用受到限制，因?yàn)殡姶挪ú荒艽┻^(guò)水或金屬，導(dǎo)致傳輸距離短。此外，這種方法不能輕易用于為植入式醫(yī)療設(shè)備充電，因?yàn)槌潆姇r(shí)產(chǎn)生的熱量是有害的。電磁共振方法要求磁場(chǎng)發(fā)生器和發(fā)射設(shè)備的共振頻率完全相同；此外，還存在干擾其他無(wú)線通信頻率的風(fēng)險(xiǎn)，如Wi-Fi和藍(lán)牙。

因此，KIST團(tuán)隊(duì)采用超聲波作為能量傳輸媒介，而不是電磁波或磁場(chǎng)。使用超聲波的聲納通常用于水下環(huán)境，而在人體中使用超聲波的安全性在各種醫(yī)療應(yīng)用中也得到了保證，如器官或胎兒狀況的診斷。然而，由于聲能的傳輸效率低，現(xiàn)有的聲能傳輸方法不容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

研究小組開(kāi)發(fā)了一個(gè)模型，利用摩擦起電原理接收超聲波并將其轉(zhuǎn)換為電能，該原理可以將小的機(jī)械振動(dòng)有效地轉(zhuǎn)換為電能。通過(guò)在摩擦電發(fā)電機(jī)中加入鐵電材料，超聲波的能量傳輸效率從不到1%大幅提高到4%以上。此外，在6厘米的距離上可以充電超過(guò)8毫瓦，這足以同時(shí)操作200個(gè)LED或在水下進(jìn)行藍(lán)牙傳感器數(shù)據(jù)通信。此外，新開(kāi)發(fā)的裝置具有很高的能量轉(zhuǎn)換效率，產(chǎn)生的熱量也很低。

宋博士對(duì)該結(jié)果的意義解釋如下：“這項(xiàng)研究表明，電子設(shè)備可以通過(guò)超聲波的無(wú)線電源充電來(lái)驅(qū)動(dòng)。如果該裝置的穩(wěn)定性和效率在未來(lái)得到進(jìn)一步提高，這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于為植入式傳感器或深海傳感器無(wú)線供電，在這種情況下更換電池是很麻煩的。”