由Jerald Yoo副教授(左)领导的新加坡国立大学团队开发了一种新颖的可穿戴设备无线供电解决方案。和他在一起的是两个团队成员:李家民女士(中)，她的右手腕上有一个发射器，左手腕上有一个与智能手表相连的接收器；董一龙先生(右)拿着一个显示技术的面板。学分:新加坡国立大学可穿戴技术的进步正在重塑我们的生活、工作和娱乐方式，以及医疗保健的提供和接收方式。已经进入日常生活的可穿戴设备包括智能手表和无线耳机，而在医疗保健领域，常见的设备包括可穿戴注射器、心电图监测贴片、助听器等。使用这些可穿戴设备面临的一个主要难题是如何让这些设备保持适当、方便的供电。随着一个人使用的可穿戴设备数量的增加，为多个电池充电的需求也随之增加，消耗了大量的电能。许多用户发现每天给众多设备充电很麻烦，而且当电池耗尽时会出现不方便的服务中断。
一个由新加坡国立大学电气与计算机工程系和第一健康研究所的Jerald副教授领导的研究小组已经开发出了解决这些问题的方法。他们的技术使一个单一的设备，如放在口袋里的手机，能够无线供电给用户身体上的其他可穿戴设备，使用人体作为电力传输的媒介。该团队的新系统还有一个额外的优势——它可以在典型的家庭或办公室环境中从电子设备中收集未使用的能量，为可穿戴设备供电。
他们的成果于2021年6月10日首次发表在《自然电子》杂志上。这是在电子可穿戴设备的现有文献中建立的第一个此类文献。
利用人体作为能量传输的媒介
为了延长电池寿命并维持可穿戴设备的完全自主但无线的操作，需要电力传输和能量收集方法。然而，为身体区域可穿戴设备供电的传统方法受到能量传输距离、能量在不面临障碍的情况下行进的“路径”以及能量运动稳定性的限制。因此，目前没有一种方法能够为放置在整个人体周围的可穿戴设备提供可持续的能量。
新加坡国立大学团队决定扭转这些限制，设计一个接收器和发射器系统，利用无线供电中的障碍——人体——作为电力传输和能量收集的媒介。每个接收器和发射器都包含一个芯片，用作扩展整个身体覆盖范围的跳板。
用户只需将发射器放在单个电源上，例如用户手腕上的智能手表，而多个接收器可以放在人体的任何地方。然后，该系统利用能源为用户身体上的多个可穿戴设备提供动力，这一过程被称为身体耦合动力传输。通过这种方式，用户只需要给一个设备充电，其余佩戴的小工具就可以同时从该单一电源供电。该团队的实验表明，他们的系统使用一个充满电的单一电源为身体上多达10个可穿戴设备供电，持续时间超过10小时。
作为一种补充能源，新加坡国立大学团队还研究了从环境中获取能量。他们的研究发现，典型的办公室和家庭环境都有寄生电磁波，人们总是暴露在其中，例如，运行中的笔记本电脑。该团队的新型接收器从周围环境中收集电磁波，通过一种被称为身体耦合供电的过程，人体能够收集这些能量来为可穿戴设备供电，而不管它们在身体周围的位置如何。
为更小的无电池可穿戴设备铺平了道路
关于他的团队方法的好处，柳教授说，“电池是可穿戴设备中最昂贵的组件之一，它们增加了设计的体积。我们独特的系统有可能省去了对电池的需求，从而使制造商能够在显著降低生产成本的同时，将小工具小型化。更令人兴奋的是，没有电池的限制，我们的开发可以实现下一代可穿戴应用，如心电图贴片、游戏配件和远程诊断。”
新加坡国立大学团队将继续提高其发射器/接收器系统的供电效率，希望在未来，任何给定的电力传输设备，无论是用户的手机还是智能手表，都能满足身体上所有其他可穿戴设备的网络供电需求，从而延长电池寿命。
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