Исследователи из южнокорейского института DGIST под руководством профессора Джинхо Чанга совершили прорыв. Они создали технологию беспроводной зарядки с помощью ультразвука, которая может быстро и эффективно заряжать аккумуляторы медицинских имплантов — прямо внутри тела человека. Новая система показала рекордную энергоэффективность, способна зарядить стандартную батарею всего за два часа.

Спрос на вживляемые устройства, такие как кардиостимуляторы или нейростимуляторы, постоянно растет. Это связано и со старением населения, и с последствиями болезней и травм. Но у всех этих приборов есть общая проблема: их батарейки садятся. Чтобы заменить их, пациентам каждый раз нужна новая операция — это риск, стресс и неудобство. Поэтому так важно научиться заряжать импланты без хирургического вмешательства, передавая энергию сквозь кожу.

Ранние попытки использовать для этого ультразук сталкивались с двумя препятствиями.

• Во-первых, приемники энергии (их называют «харвестеры»), которые помещают в тело, должны быть очень маленькими и иметь особую структуру.
• Во-вторых, мощность ультразвука, безопасная для человека, слишком мала, чтобы получить достаточное количество энергии.

Команда профессора Чанга нашла остроумное решение. Они разработали «сэндвич» — пьезоэлектрический харвестер из двух слоев. Первый слой улавливает падающую ультразвуковую волну и преобразует ее в электричество. Второй слой ловит остатки волны, которая прошла сквозь первый, и генерирует дополнительную мощность. Складывая энергию с обоих слоев, устройство стало на 20% эффективнее аналогов.

Вот конкретные результаты экспериментов:

1. В воде: аккумулятор емкостью 140 мАч был полностью заряжен за 1 час 40 минут на расстоянии 30 мм.
2. В живой ткани: через слой свиной ткани толщиной 30 мм батарею на 60 мАч зарядили до 100% за 1 час 20 минут.

Эта производительность опережает все известные мировые разработки как минимум в два раза.

Наше исследование открывает инновационный способ применения ультразвуковой энергии для зарядки имплантов, — говорит профессор Чанг. — Мы не останавливаемся на достигнутом и планируем создать коммерческую систему, которая будет заряжать устройства меньше чем за час, объединив нашу технологию с высокоэффективными полупроводниковыми компонентами.

Работа велась при поддержке Министерства науки и информационно-коммуникационных технологий Кореи, а ее итоги опубликованы в ведущем международном журнале Biosensors and Bioelectronics.

Реальная польза этой технологии огромна и лежит в гуманитарной плоскости. Она не просто устраняет техническую проблему, а кардинально меняет качество жизни тысяч пациентов. Представьте человека с кардиостимулятором: каждые 5-10 лет он вынужден ложиться под нож, нести риски инфекции, тратить время и деньги на операцию по замене батарейки. Это хронический стресс. Новая технология превращает имплант в устройство, которое можно «подзарядить» неинвазивно, например, во время визита к врачу или даже дома с помощью специального наружного устройства. Это снижает нагрузку на систему здравоохранения, избавляет пациентов от повторных травм и открывает дорогу для более сложных и энергоемких имплантов будущего — например, для систем длительной нейромодуляции при лечении болезни Паркинсона или хронической боли.

Основной вопрос, который пока остается без подробного ответа, — это долгосрочная биосовместимость и надежность нового «сэндвич-харвестера» в реальных условиях человеческого тела. Исследование демонстрирует отличные результаты на модели из свиной ткани, но живой организм — это динамичная среда с процессами образования фиброзной капсулы вокруг импланта, изменениями pH и постоянными микродвижениями. Как поведет себя многослойная пьезоструктура под постоянной механической и ультразвуковой нагрузкой в течение 10-20 лет? Не приведет ли это к деградации материалов или отказу? Требуются длительные доклинические и клинические испытания, чтобы подтвердить, что технология не только эффективна, но и безопасна на протяжении всего срока службы импланта.

Ранее ученые заявили, что электрошокеры могут выводить из строя кардиостимуляторы.