Charger des appareils électroniques sous-marins et implantés dans le corps à l’aide d’ondes ultrasonores

Charger des appareils électroniques sous-marins et implantés dans le corps à l'aide d'ondes ultrasonores

Illustration schématique de la charge sans fil d’un appareil électronique implanté dans le corps à l’aide d’une sonde à ultrasons. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies (KIST)

À mesure que la population vieillit et avec les progrès de la technologie médicale, le nombre de patients utilisant des dispositifs électroniques implantés, tels que des stimulateurs cardiaques artificiels et des défibrillateurs, augmente dans le monde entier. Actuellement, les batteries des dispositifs implantés dans le corps sont remplacées par une chirurgie d’incision, ce qui peut entraîner des complications de santé. En conséquence, une nouvelle technique de charge par transfert d’énergie sans fil émerge qui peut également être utilisée pour charger les batteries d’appareils sous-marins, tels que des capteurs, qui sont utilisés pour surveiller l’état des câbles sous-marins.

L’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a annoncé qu’une équipe de recherche dirigée par le Dr Hyun-Cheol Song du Centre de recherche sur les matériaux électroniques a mis au point une technologie de transmission de puissance sans fil par ultrasons qui peut être appliquée dans les domaines de recherche susmentionnés.

L’induction électromagnétique (EM) et la résonance magnétique peuvent être utilisées dans le transfert d’énergie sans fil. L’induction EM est actuellement utilisée dans les smartphones et les écouteurs sans fil ; cependant, son utilisation est limitée car les ondes EM ne peuvent pas traverser l’eau ou le métal, ce qui entraîne une courte distance de charge. De plus, cette méthode n’est pas facilement utilisable pour recharger des dispositifs médicaux implantés car la chaleur dégagée lors de la charge est nocive. La méthode de résonance magnétique nécessite que les fréquences de résonance du générateur de champ magnétique et du dispositif de transmission soient exactement les mêmes ; de plus, il existe un risque d’interférence avec d’autres fréquences de communication sans fil, telles que Wi-Fi et Bluetooth.

L’équipe du KIST a donc adopté les ondes ultrasonores comme moyen de transmission d’énergie, au lieu des ondes électromagnétiques ou des champs magnétiques. Le sonar, qui utilise des ondes ultrasonores, est couramment utilisé dans les environnements sous-marins, et la sécurité de l’utilisation des ondes ultrasonores dans le corps humain a été garantie dans diverses applications médicales, telles que le diagnostic de l’état des organes ou du fœtus. Cependant, les méthodes de transfert d’énergie acoustique existantes ne sont pas facilement commercialisables en raison de la faible efficacité de transmission de l’énergie acoustique.

Charger des appareils électroniques sous-marins et implantés dans le corps à l'aide d'ondes ultrasonores

Système sous-marin de transfert d’énergie acoustique sans fil pouvant faire fonctionner simultanément 200 LED et un capteur sans fil en temps réel. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies (KIST)

L’équipe de recherche a développé un modèle qui reçoit et convertit les ondes ultrasonores en énergie électrique en utilisant le principe triboélectrique qui permet de convertir efficacement les petites vibrations mécaniques en énergie électrique. En ajoutant un matériau ferroélectrique au générateur triboélectrique, l’efficacité du transfert d’énergie ultrasonique a été considérablement améliorée, passant de moins de 1 % à plus de 4 %. De plus, une charge de plus de 8 mW de puissance à une distance de 6 cm était possible, ce qui était suffisant pour faire fonctionner simultanément 200 LED ou pour communiquer les données des capteurs Bluetooth sous l’eau. De plus, le dispositif nouvellement développé avait une efficacité de conversion d’énergie élevée et générait des quantités marginales de chaleur.

Charger des appareils électroniques sous-marins et implantés dans le corps à l'aide d'ondes ultrasonores

Transfert d’énergie acoustique sans fil dans des dispositifs implantables à l’intérieur du porc (peau et chair) en tant que substitut du corps humain. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies (KIST)

Le Dr Song a expliqué l’importance des résultats comme suit : “Cette étude a démontré que les appareils électroniques peuvent être alimentés par une charge sans fil via des ondes ultrasonores. Si la stabilité et l’efficacité de l’appareil sont encore améliorées à l’avenir, cette technologie peut être appliquée pour alimenter sans fil des capteurs implantables ou des capteurs sous-marins, dans lesquels le remplacement des piles est fastidieux.”


Des chercheurs créent un collecteur d’énergie de vibration ambiante avec un mécanisme de réglage automatique de la résonance


Plus d’information:
Hyun Soo Kim et al, l’électrification par contact ferroélectriquement augmentée permet un transfert d’énergie acoustique efficace à travers les milieux liquides et solides, Sciences de l’énergie et de l’environnement (2022). DOI : 10.1039/D1EE02623B

Fourni par le Conseil national de recherches sur la science et la technologie

Citation: Charger des appareils électroniques sous-marins et implantés dans le corps à l’aide d’ondes ultrasonores (18 avril 2022) récupéré le 18 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-underwater-body-implanted-electronic-devices-ultrasonic.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.