Основная проблема, с которой приходится сталкиваться при использовании этих носимых устройств, – это проблема обеспечения надлежащего и удобного питания этих устройств. По мере увеличения количества используемых носимых устройств потребность в тандемной зарядке нескольких батарей возрастает, потребляя огромное количество электроэнергии.
Многим пользователям неудобно заряжать множество устройств каждый день, а при разрядке аккумуляторов возникают неудобные перебои в обслуживании.
Исследовательская группа, возглавляемая доцентом Джеральдом Ю из Департамента электротехники и вычислительной техники, и N.1 Институт здравоохранения Национального университета Сингапура (NUS) разработал решение этих проблем. Их технология позволяет одному устройству, например, мобильному телефону, помещенному в карман, по беспроводной сети обеспечивать питание других носимых устройств на теле пользователя, используя человеческое тело в качестве среды для передачи энергии.
Новая система команды имеет дополнительное преимущество – она может собирать неиспользованную энергию из электроники в типичной домашней или офисной среде для питания носимых устройств.
Их достижение было впервые опубликовано в журнале Nature Electronics 10 июня 2021 года. Это первая в своем роде литература, посвященная носимым электронным устройствам.
Использование человеческого тела как средства передачи энергии
Чтобы продлить срок службы батареи и поддерживать полностью автономную, но беспроводную, работу носимых устройств, требуются подходы к передаче и сбору энергии. Однако традиционные подходы к включению носимых устройств на теле ограничены расстоянием, на которое может передаваться мощность, «путем», по которому энергия может пройти, не сталкиваясь с препятствиями, и стабильностью движения энергии.
Таким образом, ни один из текущих методов не смог обеспечить устойчивую мощность носимых устройств, размещенных вокруг всего человеческого тела.
Команда NUS решила изменить эти ограничения, разработав систему приемника и передатчика, которая использует само препятствие в беспроводной передаче энергии – человеческое тело – в качестве среды для передачи энергии и сбора энергии.
Каждый приемник и передатчик содержит микросхему, которая используется в качестве трамплина для покрытия всего тела.
Пользователю просто нужно разместить передатчик на одном источнике питания, таком как умные часы, на запястье пользователя, в то время как несколько приемников можно разместить в любом месте на теле человека. Затем система использует энергию от источника для питания нескольких носимых устройств на теле пользователя посредством процесса, называемого передачей энергии через тело. Таким образом, пользователю нужно будет зарядить только одно устройство, а остальные гаджеты, которые носят, могут одновременно получать питание от этого единственного источника.
Эксперименты команды показали, что их система позволяет использовать один полностью заряженный источник питания для питания до 10 носимых устройств на теле в течение более 10 часов.
В качестве дополнительного источника энергии команда NUS также изучила возможность получения энергии из окружающей среды. Их исследование показало, что типичная офисная и домашняя среда имеет паразитные электромагнитные (ЭМ) волны, которым люди подвергаются все время, например, от работающего ноутбука. Новый приемник команды собирает электромагнитные волны из окружающей среды, и благодаря процессу, называемому «телесная энергия», человеческое тело может собирать эту энергию для питания носимых устройств, независимо от их расположения на теле.
Прокладывая путь к более компактным носимым устройствам без батарей
О преимуществах метода его команды, доцент Ю сказал: «Батареи являются одними из самых дорогих компонентов носимых устройств, и они увеличивают объем конструкции. Наша уникальная система может исключить необходимость в аккумуляторах, что позволяет производителям миниатюризировать гаджеты при значительном снижении производственных затрат. Что еще более интересно, без ограничений, связанных с батареями, наша разработка может позволить использовать носимые приложения следующего поколения, такие как патчи для ЭКГ, игровые аксессуары и удаленная диагностика."
Команда NUS продолжит повышать энергоэффективность своей системы передатчика / приемника, надеясь, что в будущем любое передающее мощность устройство, будь то мобильный телефон пользователя или умные часы, сможет удовлетворить потребности в мощности сети для всех других носимых устройств. на корпусе, что увеличивает срок службы батареи.