Tecnología inalámbrica para cargar dispositivos electrónicos implantados en el cuerpo y bajo el agua

Eficiencia mejorada de la transferencia de energía inalámbrica de ondas ultrasónicas mediante la generación de energía triboeléctrica.

Las ondas ultrasónicas tienen aplicaciones en la carga inalámbrica de baterías bajo el agua o en dispositivos electrónicos implantados en el cuerpo.

A medida que la población envejece y con los avances en la tecnología médica, la cantidad de pacientes que utilizan dispositivos electrónicos implantados, como marcapasos artificiales y desfibriladores, aumenta en todo el mundo.

Actualmente, las baterías de los dispositivos implantados en el cuerpo se reemplazan por una cirugía de incisión, lo que puede provocar complicaciones de salud.

En consecuencia, está surgiendo una nueva técnica de carga por transferencia inalámbrica de energía que también se puede usar para cargar las baterías de dispositivos submarinos, como sensores, que se usan para monitorear las condiciones de los cables submarinos.

El Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) anunció que un equipo de investigación dirigido por el Dr. Hyun-Cheol Song en el Centro de Investigación de Materiales Electrónicos desarrolló una tecnología de transmisión de energía inalámbrica ultrasónica que se puede aplicar en lo anterior.

La inducción electromagnética (EM) y la resonancia magnética se pueden utilizar en la transferencia de energía inalámbrica.

La inducción EM se está utilizando actualmente en teléfonos inteligentes y auriculares inalámbricos; sin embargo, su uso es limitado porque las ondas EM no pueden atravesar el agua o el metal, lo que genera una distancia de carga corta.

Además, este método no se puede usar fácilmente para recargar dispositivos médicos implantados ya que el calor generado durante la carga es dañino.

El método de resonancia magnética requiere que las frecuencias de resonancia del generador de campo magnético y el dispositivo de transmisión sean exactamente iguales; además, existe el riesgo de interferencia con otras frecuencias de comunicación inalámbrica, como Wi-Fi y Bluetooth.

El equipo de KIST, por lo tanto, adoptó ondas ultrasónicas como medio de transmisión de energía, en lugar de ondas EM o campos magnéticos.

El sonar, que usa ondas ultrasónicas, se usa comúnmente en entornos submarinos, y la seguridad de usar ondas ultrasónicas en el cuerpo humano ha sido garantizada en diversas aplicaciones médicas, como el diagnóstico de órganos o enfermedades fetales.

Sin embargo, los métodos de transferencia de energía acústica existentes no se comercializan fácilmente debido a la baja eficiencia de transmisión de la energía acústica.

El equipo de investigación desarrolló un modelo que recibe y convierte ondas ultrasónicas en energía eléctrica utilizando el principio triboeléctrico que permite la conversión de pequeñas vibraciones mecánicas en energía eléctrica de manera efectiva.

Al agregar un material ferroeléctrico al generador triboeléctrico, la eficiencia de transferencia de energía ultrasónica mejoró significativamente de menos del 1 % a más del 4 %.

Además, fue posible cargar más de 8 mW de potencia a una distancia de 6 cm, lo que fue suficiente para operar simultáneamente 200 LED o para comunicar los datos de un sensor Bluetooth bajo el agua.

Además, el dispositivo recientemente desarrollado tenía una alta eficiencia de conversión de energía y generaba cantidades marginales de calor.

El Dr. Song explicó la importancia de los resultados de la siguiente manera:

“Este estudio demostró que los dispositivos electrónicos pueden funcionar con carga de energía inalámbrica a través de ondas ultrasónicas.

Si la estabilidad y la eficiencia del dispositivo se mejoran aún más en el futuro, esta tecnología se puede aplicar para suministrar energía de forma inalámbrica a sensores implantables o sensores de aguas profundas, en los que reemplazar las baterías es engorroso”.

Fuente: RSC