陳根：植入身體的醫療設備，如何用超聲波充電？_風聞

文/陳根

生物醫學電子植入物可以通過對人體的獨立診斷和治療來幫助提高人們的生活質量和壽命。近年來，生物醫學植入技術已經得到飛速發展，但大多數醫學植入物仍需使用傳統電池，當集成在植入物中的電池電量耗盡時，不可避免的是要進行置換手術，導致痛苦和危險的外科手術。

實際上，對於長期使用，已經報道了多種方法來利用電化學反應（例如生物燃料電池）或器官的機械運動（比如呼吸、心跳、肌肉）在人體中提供可持續的電力，目的是提高實際使用中的功率密度和可靠性。

近日，來自韓國科學技術研究院（KIST）的研究人員則宣佈，他們開發了****一種新型的無線能量傳輸充電技術，可用於為身體植入的設備充電而無需手術。同樣的技術也可用於為水下設備的電池充電，比如，用於監測海底電纜狀況的傳感器。

具體來看，電磁感應和電磁共振可用於無線能量傳輸。電磁感應目前被用於智能手機和無線耳機；然而，其使用受到限制，因為電磁波不能穿過水或金屬，導致傳輸距離短。

此外，這種方法不能輕易用於為植入式醫療設備充電，因為充電時產生的熱量是有害的。電磁共振方法要求磁場發生器和發射設備的共振頻率完全相同。並且，電磁感應和電磁共振還存在干擾其他無線通信頻率的風險，如Wi-Fi和藍牙。

**針對電磁感應和電磁共振存在的問題，**KIST團隊採用超聲波作為能量傳輸媒介，而不是電磁波或磁場。使用超聲波的聲納通常用於水下環境，而在人體中使用超聲波的安全性在各種醫療應用中也得到了保證，如器官或胎兒狀況的診斷。然而，由於聲能的傳輸效率低，現有的聲能傳輸方法不容易實現商業化。

**研究小組開發了一個模型，利用摩擦起電原理接收超聲波並將其轉換為電能，該原理可以將小的機械振動有效地轉換為電能。**通過在摩擦電發電機中加入鐵電材料，超聲波的能量傳輸效率從不到1%大幅提高到4%以上。

此外，在6釐米的距離上可以充電超過8毫瓦，這足以同時操作200個LED或在水下進行藍牙傳感器數據通信。新開發的裝置還具有很高的能量轉換效率，產生的熱量也很低。

接收超聲波轉化為電能無疑滿足了植入式設備的充電和操作。未來，可以通過在具有優化外延結構的專用設備中採用行業標準的製造方法來進行更高的改進，這項工作將促進那些受生命體內有限電力限制的醫療植入物向着更先進和多樣化功能方向發展。