研究人员开发出通过人体皮肤为可穿戴设备供电的方法
糖尿病患者依靠连续血糖监测仪来跟踪血糖,但最终监测仪的电池需要充电。 心脏起搏器或任何移动设备(如健身追踪器)也是如此。 而且电池体积庞大,需要定期维护。为了让可穿戴技术摆脱这些负担,卡内基梅隆大学计算机科学学院(SCS)的研究人员开发出了Power-Over-Skin,它可以让电流通过人体,有朝一日可以为从头到脚的无电池设备供电。
开发Power-Over-Skin的团队成员安迪-孔(Andy Kong)说:"我们可以期待所有电子产品不断改进。 新发布的产品,如智能手表和眼镜,将能做更多的事情,但要将电子产品安装到身体上总是很困难,因为人们必须考虑为它们充电。 Power-Over-Skin打开了让这些设备隐形的大门,让它们在你不知不觉中完成工作,这才是健康监测应该有的效果。"
Power-Over-Skin仍处于早期阶段,它允许研究人员设计和实施通过人体传输功率频率的新方法。 在这项研究中,研究人员为LED灯等小型物体供电,但他们设想将来为智能眼镜或其他可穿戴设备供电。
获得SCS学士学位并回到人机交互研究所(HCII) 在未来界面小组从事Power-Over-Skin研究的孔说,市面上的健康监测设备通常放在手腕、手掌或胸前,这样既方便又便于取出。 如果没有电池,小型健康监测设备就可以嵌入耳环这样不显眼的地方。
孔与HCII副教授Chris Harrison和博士生Daehwa Kim合作开发了Power-Over-Skin。 之前的研究表明,人体可以有效地传输 40 MHz 射频 (RF),而不会向空气中损耗过多电能。 CMU 的研究人员使用佩戴在身体上的单个电池供电发射器向接收器(如嵌入戒指的蓝牙操纵杆和发光耳环)发送功率。 研究参与者佩戴这些设备的位置从手腕到脚踝不等,研究人员注意到,设备接收到的电能与它们与发射器的距离之间存在相关性。 离发射器越近,接收器获得的功率就越大。
孔说:"这类似于收音机利用空气作为发射站和汽车音响之间的媒介。 在这种情况下,我们只是将人体组织作为发射媒介。"
研究人员需要最大限度地提高通过人体有效传输的功率。 他们发现的一种方法是传输方波。 以前的研究主要使用正弦波来传输功率,因为正弦波的曲线是渐变的。 方波是一种脉冲功率,类似于开关。 孔说,研究人员发现,方波具有直角,接收到的功率更大,也更容易产生。 他还指出,他们是偶然发现这一用途的。 有人将发射机编程为方波,令 Kong 感到惊讶的是,当他发送电能时,它比其他方法更有效。
虽然目前还没有开始淘汰所有电池的计划,但关于它们如何通过人体发送频率以及它们可以为哪种设备供电,还有更多东西需要学习。
"我认为下一步应该是将功率提高 10 倍左右,"孔说。 "当你可以用它为耳塞供电时,这可能是除了为健身追踪器等设备供电之外,第一个真正的应用案例。"