改进的超声无线充电技术，适用于心脏起搏器、人工耳蜗等植入式生物医学设备

目前的无线充电技术使用电磁波或无线电波为植入式生物医学设备（如心脏起搏器和人工耳蜗）的电池充电。但这些方法在穿过组织时会损失大量电能，因此对于深层设备来说效率较低。它们还存在潜在问题，如组织发热和免疫效应。

超声波可以更深地穿透组织，而不会损失太多能量或引起重大副作用。在这项新研究中，韩国大邱庆北科学技术研究院(DGIST)的 Jin Ho Chang 教授带领一个研究小组研究如何通过改变植入压电接收器的尺寸、形状和位置来改善超声波能量收集。

他们发现，将接收器定位在聚焦超声波束的焦点区域内可显著提高能量传输的效率。该研究成果发表在《纳米能源》（Nano Energy）杂志上。

压电接收器根据与超声波束的哪个部分相互作用而产生不同相位的电信号。最有效的能量传输发生在波束的主瓣中。换句话说，虽然较大的接收器会与更多的超声波束相互作用，但较大的并不一定更好。

基于此，他们研制了一种长方形超声发射器和接收器，该发射器在焦点处形成较宽的主瓣，接收器与发射波束匹配，高效输出能量。

无线电力传输系统由体外的超声波发射器组成，该发射器将聚焦超声波束穿过皮肤发送到压电接收器，压电接收器具有椭圆形形状，以最大限度地提高能量传输。然后接收器将超声波能量转换为电能，为植入式生物医学设备（例如起搏器）的电池充电。图片来源：韩国大邱庆北科学技术研究所 (DGIST)

张教授说：“聚焦光束和匹配良好的接收器的组合使得长方形超声波发射器和接收器与传统的基于超声波的无线电力传输系统相比能够实现更高的能量传输。”

该系统的效率在水下和 50 毫米厚的猪组织中均进行了测试。长方形接收器能够在 1.8 小时内通过组织为电池充满电，这完全符合商用电池所需的范围。

“我们相信这些发现将成为超声波无线电力传输技术取得重大进展的基石，”Chang 说道。“其创新的设计和已证实的有效性为下一代深层植入式生物医学设备无线充电具有巨大的潜力。”

  关于我们  

21dB声学人是中国科学院声学研究所苏州电声产业化基地旗下科技媒体，专注于声学新技术、音频测试与分析、声学市场调研、声学创业孵化、知识产权服务等。