비즈니스 기회
이식형 생체의학 기기를 위한 초음파 무선 충전
초음파 기반 무선 전력 전송은 다른 무선 충전 접근 방식이 직면한 많은 한계와 과제를 극복할 수 있기 때문에 이식된 생체 의학 장치에 전력을 공급하는 데 더욱 매력적인 옵션이 되고 있습니다. 이제 새로운 연구에 따르면 이식된 수신기의 모양이 초음파 빔에서 전력 수확의 효율성을 크게 높일 수 있습니다.
현재 무선 충전 기술은 전자파 또는 전파를 사용하여 심박 조율기 및 인공와우와 같은 이식된 생체 의학 기기의 배터리를 충전합니다. 그러나 이러한 접근 방식은 조직을 통과하는 상당한 양의 전력을 손실하므로 더 깊이 이식된 장치에 대한 효율성이 떨어집니다. 또한 조직 가열 및 면역 효과와 같은 잠재적인 문제와 관련이 있습니다.
초음파는 많은 에너지를 잃거나 큰 부작용을 일으키지 않고 조직 깊숙이 침투할 수 있습니다. 이번 연구에서 대한민국 대구 경북과학기술원의 장진호 교수는 이식된 압전 수신기의 크기, 모양 및 위치를 변경하여 초음파 에너지 수확을 개선하는 방법을 조사하는 연구팀을 이끌었습니다.
그들은 초점이 맞춰진 초음파 빔의 초점 영역 내에 수신기를 배치하면 에너지 전달의 효율성이 크게 증가한다는 것을 발견했습니다. 이 연구는 학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'에 게재됐습니다.
압전 수신기는 초음파 빔의 어느 부분과 상호 작용하는지에 따라 서로 다른 위상의 전기 신호를 생성했습니다. 가장 효율적인 에너지 전달은 빔의 메인 로브에서 일어났습니다. 즉, 더 큰 수신기가 더 많은 초음파 빔과 상호 작용하더라도 더 큰 것이 반드시 더 좋은 것은 아닙니다.
이러한 조건을 바탕으로 직사각형 모양의 초음파 송신기 및 수신기가 개발되었습니다. 이 송신기는 초점에서 넓은 메인 로브를 형성하고 수신기는 전송된 빔 출력 에너지를 고효율로 일치시킵니다.
Chang 교수는 "집속 빔과 잘 어울리는 수신기의 조합으로 직사각형 모양의 초음파 송신기와 수신기가 기존의 초음파 기반 무선 전력 전송 시스템에 비해 훨씬 더 높은 에너지 전달을 달성할 수 있습니다"라고 말합니다.
시스템의 효율성은 수중과 50mm의 돼지 조직을 통해 테스트 되었습니다. 직사각형 수신기는 1.8시간 만에 조직을 통해 배터리를 완전히 충전할 수 있었으며, 이는 상용 배터리에 필요한 범위 내에 있습니다.
"우리는 이러한 발견이 초음파 기반 무선 전력 전송 기술의 중요한 발전을 위한 디딤돌이 될 것이라고 믿습니다. 혁신적인 디자인과 입증된 효과는 차세대 심층 이식형 생물 의학 기기에 전력을 공급할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다."
이상의 기사는 2024년 5월 20일 Phys.org에 게재된 “Improved ultrasound wireless charging for implantable biomedical devices”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://phys.org/news/2024-05-ultrasound-wireless-implantable-biomedical-devices.html
* 추가정보 출처 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285524003665?via%3Dihub