Sạc không dây xuyên da và nước: Công nghệ siêu âm mở ra tương lai mới

Trong bối cảnh ngày càng nhiều thiết bị điện tử được sử dụng bên trong cơ thể con người hoặc hoạt động dưới nước, việc tìm ra phương pháp cung cấp năng lượng an toàn, ổn định đang trở thành một thách thức cấp thiết. Những công nghệ sạc không dây phổ biến hiện nay như cảm ứng điện từ hay sóng radio frequency (RF) thường không hiệu quả trong các môi trường này vì dễ bị hấp thụ mạnh bởi mô người, truyền được khoảng cách ngắn và có thể gây nhiễu thiết bị xung quanh.

Nhằm giải quyết bài toán này, nhóm nghiên cứu đến từ Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) và Đại học Korea đã hướng sang một giải pháp mới: sóng siêu âm. Khác với sóng RF, siêu âm ít bị hấp thụ bởi mô sinh học và cũng ít tạo ra nhiễu, khiến nó trở thành ứng viên sáng giá cho việc sạc các thiết bị cấy ghép y tế hoặc các cảm biến đeo trên da.

Dưới sự dẫn dắt của Tiến sĩ Sunghoon Hur và Giáo sư Hyun-Cheol Song, nhóm đã chế tạo thành công một bộ thu sóng siêu âm linh hoạt, ứng dụng các vật liệu áp điện tiên tiến (piezoelectric). Thiết bị này có khả năng uốn cong theo hình dạng bề mặt như da người, giúp bám dính chặt mà không ảnh hưởng đến hiệu suất.

Thử nghiệm cho thấy thiết bị có thể truyền không dây công suất 20 milliwatt qua 3 cm nước và 7 milliwatt qua 3 cm da, đủ để vận hành những thiết bị tiêu thụ năng lượng thấp như cảm biến đeo, thiết bị y tế cấy ghép. Không chỉ truyền năng lượng tức thì, hệ thống còn có thể sạc pin, mở ra viễn cảnh về các thiết bị cấy ghép tồn tại lâu hơn mà không cần phẫu thuật thay pin thường xuyên.

“Qua nghiên cứu này, chúng tôi đã chứng minh rằng công nghệ truyền năng lượng không dây bằng siêu âm hoàn toàn có thể ứng dụng thực tiễn. Chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu để thu nhỏ thiết bị và thương mại hóa, nhằm đẩy nhanh ứng dụng công nghệ vào đời sống,” Tiến sĩ Hur cho biết.

Song song đó, giới khoa học cũng đang tập trung nghiên cứu một công nghệ khác có tên máy phát điện nano triboelectric chạy bằng siêu âm (US-TENGs). Đây là thiết bị có thể truyền năng lượng qua da mà không cần phẫu thuật. Tuy nhiên, hạn chế lớn của US-TENG trước đây là công suất thấp và độ cứng cao, khó tương thích với các bề mặt uốn cong trên cơ thể.

Để khắc phục, một biến thể mới tên US-TENGDF-B (Dielectric-Ferroelectric Boosted US-TENG) đã được phát triển, với thiết kế đặc biệt giúp tạo ra điện năng lớn hơn ngay cả khi sử dụng sóng siêu âm nhẹ và ở khoảng cách xa hơn. Trong thí nghiệm, thiết bị này đã đạt mức điện áp khoảng 26 volt và cung cấp được 6,7 milliwatt, đủ để sạc pin từ khoảng cách 35 mm. Đặc biệt, thiết bị vẫn hoạt động ổn định ngay cả khi uốn cong, rất lý tưởng để lắp đặt tại các vị trí cong của cơ thể hoặc các thiết bị cấy ghép như tim nhân tạo.

Cả hai công nghệ nói trên đang được đánh giá là bước đột phá cho lĩnh vực y sinh và các thiết bị điện tử hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Từ các máy tạo nhịp tim, thiết bị kích thích thần kinh cho tới cảm biến dưới nước, drone thăm dò biển, tất cả đều có thể được hưởng lợi nhờ khả năng sạc không dây, an toàn, hiệu quả mà không đòi hỏi phải tiếp xúc trực tiếp hoặc can thiệp phẫu thuật liên tục.

Nếu tiếp tục phát triển thành công, công nghệ sạc siêu âm có tiềm năng tạo ra bước ngoặt cho tương lai ngành y tế và nhiều lĩnh vực công nghệ cao, giúp các thiết bị điện tử trở nên bền bỉ, nhỏ gọn và giảm thiểu những rủi ro sức khỏe từ việc phẫu thuật thay pin định kỳ. Đây thực sự là một cú hích mới cho xu hướng y tế thông minh và công nghệ đeo đang phát triển mạnh trên toàn cầu.