La nuova tecnologia migliora l'efficienza del trasferimento di energia wireless delle onde ultrasoniche mediante la generazione di energia triboelettrica. Le onde ultrasoniche hanno applicazioni nella ricarica wireless di batterie sott'acqua o in dispositivi elettronici impiantati nel corpo.
Il numero di pazienti che utilizzano dispositivi elettronici impiantati, come pacemaker artificiali e defibrillatori, sta aumentando in tutto il mondo con l'invecchiamento della popolazione e l'avanzamento della tecnologia medica. Attualmente, le batterie per i dispositivi impiantati nel corpo vengono sostituite attraverso un'operazione di incisione, che può portare a complicazioni di salute. Di conseguenza, è in fase di sviluppo una nuova tecnica di ricarica wireless per il trasferimento di energia che può essere utilizzata per caricare dispositivi impiantati nel corpo senza chirurgia. Questa stessa tecnologia può essere utilizzata anche per caricare le batterie di dispositivi subacquei, come i sensori, che vengono utilizzati per monitorare le condizioni dei cavi sottomarini.
Il Korea Institute of Science and Technology (KIST, Presidente: Seok-Jin Yoon) ha annunciato che un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Hyun-Cheol Song presso l'Electronic Materials Research Center ha sviluppato una tecnologia di trasmissione di energia wireless ad ultrasuoni che può essere applicata nelle aree di ricerca sopra menzionate.
L'induzione elettromagnetica (EM) e la risonanza magnetica possono essere utilizzate nel trasferimento di energia wireless. L'induzione EM è attualmente utilizzata negli smartphone e negli auricolari wireless; tuttavia, il suo utilizzo è limitato perché le onde EM non possono passare attraverso l'acqua o il metallo, con conseguente breve distanza di ricarica. Inoltre, questo metodo non può essere facilmente utilizzato per ricaricare i dispositivi medici impiantati poiché il calore generato durante la ricarica è dannoso. Il metodo della risonanza magnetica richiede che le frequenze di risonanza del generatore di campo magnetico e del dispositivo di trasmissione siano esattamente le stesse; inoltre, esiste un rischio di interferenza con altre frequenze di comunicazione wireless, come Wi-Fi e Bluetooth.
Il team KIST, quindi, ha adottato le onde ultrasoniche come mezzo di trasmissione dell'energia, invece delle onde EM o dei campi magnetici. Il sonar, che utilizza onde ultrasoniche, è comunemente usato in ambienti sottomarini e la sicurezza dell'uso di onde ultrasoniche nel corpo umano è stata garantita in varie applicazioni mediche, come la diagnosi di organi o condizioni fetali. Tuttavia, i metodi di trasferimento di energia acustica esistenti non sono commercializzati facilmente a causa della bassa efficienza di trasmissione dell'energia acustica.
Il team di ricerca ha sviluppato un modello che riceve e converte le onde ultrasoniche in energia elettrica utilizzando il principio triboelettrico che consente la conversione di piccole vibrazioni meccaniche in energia elettrica in modo efficace. Aggiungendo un materiale ferroelettrico al generatore triboelettrico, l'efficienza di trasferimento di energia ad ultrasuoni è stata significativamente migliorata da meno dell'1% a più del 4%. Inoltre, è possibile la ricarica di oltre 8 mW di potenza a una distanza di 6 cm, che è sufficiente per azionare contemporaneamente 200 LED o per comunicare i dati del sensore Bluetooth sott'acqua. Inoltre, il dispositivo di nuova concezione ha un'elevata efficienza di conversione energetica e genera quantità marginali di calore.
Il Dr. Song ha spiegato il significato dei risultati come segue: "Questo studio ha dimostrato che i dispositivi elettronici possono essere guidati dalla ricarica wireless tramite onde ultrasoniche. Se la stabilità e l'efficienza del dispositivo saranno ulteriormente migliorate in futuro, questa tecnologia potrà essere applicata per fornire energia in modalità wireless a sensori impiantabili o sensori di acque profonde, in cui la sostituzione delle batterie è complicata".