Augant nešiojamųjų įrenginių bei medicininių implantų naudojimui žmogaus organizme ir po vandeniu, iškyla vis svarbesnis klausimas, kaip saugiai ir efektyviai juos aprūpinti energija.
Tradicinės belaidžio įkrovimo technologijos, tokios kaip elektromagnetinė indukcija ar radijo dažnio signalai, turi rimtų apribojimų. Jos dažnai veikia nepakankamai stipriai, yra jautrios aplinkos trukdžiams ir negali perduoti energijos per tokią terpę kaip vanduo ar žmogaus audiniai. Šios problemos riboja jų panaudojimą, ypač medicinos srityje.
Norint įveikti šiuos technologinius iššūkius, mokslininkai ėmėsi tirti alternatyvas. Viena iš daug žadančių krypčių tai ultragarsas. Ši energijos perdavimo forma pasižymi geru skvarbumu per skysčius ir minkštuosius audinius, o tai leidžia ją naudoti tose vietose, kur tradicinės priemonės yra neefektyvios ar net pavojingos.
Mokslininkų pasiekimai atveria naujas galimybes
Korėjos tyrėjų komanda sukūrė pažangų, lankstų ultragarsinį energijos imtuvą, kuris gali veikti netgi esant išlenktam paviršiui. Jis pagamintas iš pjezoelektrinių medžiagų, kurios leidžia generuoti elektros energiją iš garso bangų slėgio. Toks imtuvas gali būti tvirtinamas prie odos ar net integruojamas į po oda esančius įrenginius.
Bandymų metu nustatyta, kad per tris centimetrus vandens šis prietaisas gali perduoti iki dvidešimties miliavatų galios, o per tokią pat storio odą, net iki septynių miliavatų. Šios vertės gali atrodyti nedidelės, tačiau jų visiškai pakanka mažiems prietaisams, tokiems kaip sveikatos jutikliai, širdies implantai ar kiti biomedicininiai įrenginiai, veikti ilgą laiką be būtinybės keisti baterijas.
Ilgesnis veikimo laikas be chirurginės intervencijos
Viena svarbiausių naujai sukurtos technologijos pritaikymo sričių yra įkrovimo galimybė be invazinės chirurgijos. Iki šiol dauguma kūne esančių įrenginių, tokių kaip širdies stimuliatoriai, turėjo ribotą baterijos veikimo laiką, po kurio reikėdavo operacijos norint ją pakeisti. Dabar atsiranda galimybė tokius prietaisus įkrauti iš išorės, per odą, naudojant ultragarsą.
Be to, šie imtuvai gali būti sujungti su baterijomis ir taip veikti kaip energijos kaupikliai. Tai reiškia, kad net ir trumpi ultragarsiniai impulsai galėtų palaipsniui įkrauti bateriją, suteikiant pakankamai energijos nepertraukiamam veikimui net ir tuomet, kai energijos perdavimas nėra pastovus.
Patobulinti generatoriai padidina efektyvumą
Tyrėjai taip pat tobulina kitą įdomią technologiją, tai triboelektrinius nanogeneratorius, kurie energiją išgauna iš ultragarsinių virpesių. Ankstesnės versijos pasižymėjo standumu ir ribotu energijos našumu, tačiau naujai sukurti variantai šias problemas sprendžia sėkmingai.
Panaudojus specialias medžiagas ir sluoksniuotą struktūrą, pavyko pasiekti aukštesnę įtampą ir efektyvesnį energijos perdavimą net iš kelių centimetrų atstumo. Generatorius išliko veiksmingas net tada, kai buvo lankstomas, todėl jį galima integruoti į lenktus paviršius žmogaus kūne arba į judančias dirbtines sistemas, pavyzdžiui, dirbtines širdis.
Pritaikymas medicinoje ir aplinkoje
Abi šios technologijos atveria naujas galimybes ne tik medicinos srityje, bet ir po vandeniu naudojamai elektronikai. Galima įsivaizduoti išmaniuosius jutiklius, veikiančius vandenyje be laidų, povandeninius dronus, kurie įkraunami be fizinio kontakto, bei žmogaus organizme veikiančius implantus, kurie nebereikalauja sudėtingų chirurginių procedūrų jų priežiūrai.
Tokios technologijos reikšmingai prisidės prie žmogaus sveikatos priežiūros kokybės gerinimo, nes sumažės komplikacijų rizika, prailgės implantų tarnavimo laikas, o pacientai patirs mažiau diskomforto. Tuo pačiu jos turės įtakos ir kitoms sritims, kur reikalingas patikimas belaidis energijos tiekimas sunkiai pasiekiamose aplinkose.
