Avec le vieillissement de la population et les progrès de la technologie médicale, le nombre de patients utilisant des dispositifs électroniques implantés, tels que des stimulateurs cardiaques artificiels et des défibrillateurs, augmente dans le monde entier. Actuellement, les batteries des dispositifs implantés dans le corps sont remplacées par une chirurgie d’incision, ce qui peut entraîner des complications de santé. Par conséquent, une nouvelle technique de charge par transfert d’énergie sans fil est en train d’émerger. Elle peut également être utilisée pour charger les batteries des dispositifs sous-marins, tels que les capteurs, qui sont utilisés pour surveiller l’état des câbles sous-marins.
L’Institut coréen des sciences et des technologies (KIST, président : Seok-Jin Yoon) a annoncé qu’une équipe de recherche dirigée par le Dr Hyun-Cheol Song au Centre de recherche sur les matériaux électroniques a mis au point une technologie de transmission d’énergie sans fil par ultrasons qui peut être appliquée dans les domaines de recherche susmentionnés.
L’induction électromagnétique (EM) et la résonance magnétique peuvent être utilisées pour le transfert d’énergie sans fil.
L’induction électromagnétique est actuellement utilisée dans les smartphones et les écouteurs sans fil ; cependant, son utilisation est limitée car les ondes électromagnétiques ne peuvent pas traverser l’eau ou le métal, ce qui entraîne une courte distance de charge. En outre, cette méthode ne peut pas être facilement utilisée pour recharger des dispositifs médicaux implantés, car la chaleur générée pendant la charge est nocive. La méthode de résonance magnétique exige que les fréquences de résonance du générateur de champ magnétique et du dispositif de transmission soient exactement les mêmes ; de plus, il existe un risque d’interférence avec d’autres fréquences de communication sans fil, telles que Wi-Fi et Bluetooth.
L’équipe du KIST a donc adopté les ondes ultrasonores comme moyen de transmission de l’énergie, au lieu des ondes électromagnétiques ou des champs magnétiques. Le sonar, qui utilise des ondes ultrasonores, est couramment utilisé dans les environnements sous-marins, et la sécurité de l’utilisation des ondes ultrasonores dans le corps humain a été garantie dans diverses applications médicales, telles que le diagnostic des organes ou de l’état du fœtus. Cependant, les méthodes de transfert d’énergie acoustique existantes ne sont pas facilement commercialisées en raison de la faible efficacité de transmission de l’énergie acoustique.
L’équipe de recherche a développé un modèle qui reçoit et convertit les ondes ultrasonores en énergie électrique en utilisant le principe triboélectrique qui permet de convertir efficacement de petites vibrations mécaniques en énergie électrique. En ajoutant un matériau ferroélectrique au générateur triboélectrique, l’efficacité du transfert d’énergie ultrasonore a été considérablement améliorée, passant de moins de 1 % à plus de 4 %. En outre, il a été possible de charger une puissance de plus de 8 mW à une distance de 6 cm, ce qui était suffisant pour faire fonctionner simultanément 200 LED ou pour communiquer les données de capteurs Bluetooth sous l’eau. En outre, le dispositif nouvellement mis au point présentait une efficacité de conversion énergétique élevée et ne générait que des quantités marginales de chaleur.
Le Dr Song a expliqué l’importance de ces résultats comme suit : « Cette étude a démontré que les appareils électroniques peuvent être alimentés par une charge électrique sans fil via des ondes ultrasoniques. Si la stabilité et l’efficacité du dispositif sont encore améliorées à l’avenir, cette technologie peut être appliquée pour alimenter sans fil des capteurs implantables ou des capteurs en eaux profondes, pour lesquels le remplacement des batteries est fastidieux.«
Le KIST a été créé en 1966 en tant que premier institut de recherche financé par le gouvernement pour établir une stratégie de développement national basée sur la science et la technologie et diffuser diverses technologies industrielles pour développer les principales industries. Le KIST élève aujourd’hui le statut de la science et de la technologie coréennes grâce à une recherche et un développement innovants de premier plan dans le monde. Pour plus d’informations, veuillez consulter notre site web à l’adresse https://eng.kist.re.kr/kist_eng_renew/.
Cette recherche a bénéficié d’une subvention de la Fondation nationale de la recherche de Corée (NRF) et d’une subvention du Conseil national de la recherche scientifique et technologique (NST) financées par le ministère de la Science et des TIC (ministre : Hye-Sook Lim) et d’une subvention du Korea Institute of Energy Technology Evaluation & Planning (KETEP) financée par le ministère du Commerce, de l’Industrie et de l’Énergie (ministre : Sung Wook Moon). Les résultats de la recherche ont été publiés dans le dernier numéro de « Energy & Environmental Science » (IF : 38,5, top 0,182% dans le JCR), une revue universitaire internationale renommée dans le domaine de l’énergie.
