Với lớp áp điện kép, hệ thống này cho phép sạc pin cấy ghép nhanh hơn bất kỳ phương pháp nào trước đây, ngay cả khi có mô nằm giữa bộ sạc và thiết bị.

Khi nhu cầu về các thiết bị y tế cấy ghép tăng cao trên toàn thế giới, những lo ngại về khả năng sử dụng lâu dài và sự an toàn của bệnh nhân cũng tăng theo. Các thiết bị như máy tạo nhịp tim, máy kích thích thần kinh và hệ thống phân phối thuốc ngày càng trở nên phổ biến do dân số già hóa, bị mắc các bệnh mãn tính và bị chấn thương ngẫu nhiên.

Tuy nhiên, dù có tiềm năng cứu sống cho bệnh nhân nhưng hạn chế lớn của những thiết bị cấy ghép này là pin của chúng cuối cùng sẽ cạn và cần phải được thay thế. Mỗi lần như vậy, bệnh nhân phải quay lại bàn mổ. Những ca phẫu thuật lặp đi lặp lại này tiềm ẩn rủi ro sức khỏe nghiêm trọng và gây khó chịu, khiến việc sạc lại pin trở thành một vấn đề nan giải trong lĩnh vực này.

Giờ đây, một nhóm nghiên cứu của Hàn Quốc có thể đã tìm ra một giải pháp đột phá. Giáo sư Jinho Chang và nhóm của ông tại Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk - DGIST đã phát triển thành công một hệ thống sạc không dây dựa trên siêu âm, có thể sạc pin cho các thiết bị cấy ghép một cách an toàn và hiệu quả mà không cần phẫu thuật.

Lớp đầu tiên thu nhận sóng siêu âm đến và chuyển đổi chúng thành điện năng. Lớp thứ hai thu nốt phần năng lượng siêu âm còn lại đi qua, tạo ra thêm điện. Bằng cách kết hợp đầu ra từ cả hai lớp, hệ thống này mang lại hiệu suất cao hơn 20% so với các bộ thu năng lượng thông thường. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô phỏng để tối ưu hóa thiết kế của bộ thu trước khi chế tạo. Sau khi hoàn thành, cả hai lớp được kết nối điện để tối đa hóa tổng công suất đầu ra. Thiết bị đạt được mật độ công suất 497,47 milliwatts trên mỗi centimet vuông trong nước và tổng công suất đầu ra là 732,27 milliwatts, đủ để sạc đầy pin 140mAh trong 1,7 giờ.

Để đánh giá hiệu suất trong điều kiện thực tế, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị với mô lợn dày 30mm để mô phỏng cơ thể người. Ngay cả trong những hạn chế này, bộ thu vẫn cung cấp 312,34 milliwatts.

Để kiểm tra thêm công nghệ này, nhóm của Chang đã tiến hành hai thí nghiệm quan trọng. Trong thí nghiệm đầu tiên, họ sạc đầy pin thương mại 140mAh chỉ trong 1 giờ 40 phút, sử dụng thiết lập dưới nước ở khoảng cách 30mm. Trong thí nghiệm thứ hai, sử dụng mô lợn cùng độ dày để mô phỏng giải phẫu cơ thể người, họ đã sạc pin 60mAh trong 1 giờ 20 phút. Cả hai kết quả đều được coi là đẳng cấp thế giới. Công suất đầu ra đạt được cao hơn gấp đôi so với các hệ thống sạc siêu âm đã được báo cáo trước đây.

Giáo sư Chang cho biết: "Nghiên cứu này trình bày một công nghệ sáng tạo, khai thác hiệu quả năng lượng siêu âm-loại năng lượng chưa được tận dụng triệt để trước đây-để sạc không dây cho các thiết bị y tế cấy ghép".

Ông nói thêm rằng nhóm nghiên cứu đang hướng tới thương mại hóa công nghệ này với những cải tiến hơn nữa. "Chúng tôi đặt mục tiêu thương mại hóa một hệ thống có khả năng sạc đầy trong vòng một giờ bằng cách kết hợp công nghệ sạc không dây dựa trên siêu âm này với các thành phần bán dẫn hiệu suất cao", ông nói.

Nếu thành công, phương pháp này có thể loại bỏ nhu cầu phẫu thuật lặp lại. Nó cũng có thể mở ra cánh cửa cho các thiết bị điện tử cấy ghép nhỏ hơn, thông minh hơn và bền lâu hơn trong tương lai gần. Công trình nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Biosensors and Bioelectronics gần đây.

P.T.T (NASTIS), theo https://interestingengineering.com, 8/2025