你未來的無線耳機(jī)，可能不再需要電池

在各種先進(jìn)快速充電技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，「電量焦慮」仍然是一個(gè)可以引起共鳴的話題。

縱然市面上高能量密度、輕量化的新型電池層出不窮，可是仍然難以抵擋一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)：數(shù)碼產(chǎn)品的迭代速度越來越快，性能越來越強(qiáng)，也越來越難以被「喂飽」。當(dāng)代人類對(duì)于電量的需求已經(jīng)超出想象。

微處理器的設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)登峰造極，蘋果的AirPods就是這種小型化巔峰的典型代表。它具有精密復(fù)雜的實(shí)時(shí)音頻處理器，具有無線流媒體連接功能，充電一次可以持續(xù)工作數(shù)小時(shí)。

然而，即使是如此小巧的電子設(shè)備，「電池」也竟是其內(nèi)部最大的組件。無論是從物理設(shè)計(jì)還是用戶體驗(yàn)的角度來講，這都是一個(gè)不可忽視的設(shè)計(jì)災(zāi)難。

現(xiàn)在，「皮膚充電」技術(shù)的問世，很可能可以徹底解決「電量焦慮」的問題，讓所有因「電量不足」造成的尷尬遭遇都成為過去式。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的 Andy Kong、Daehwa Kim 和 Chris Harrison 開發(fā)了一種名為「Power-over-Skin」的技術(shù)，它是一種通過人體內(nèi)部的射頻（RF，Radio Frequency）能量來為全身穿戴設(shè)備供電的創(chuàng)新方法。

▲「Power-over-skin」技術(shù)

它允許單個(gè)穿戴式發(fā)射器為多個(gè)小型、無電池的穿戴設(shè)備提供電力。這些設(shè)備可以分布在身體的不同部位，如戒指、耳環(huán)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）眼鏡等，它們可以通過人體傳導(dǎo)電力，而無需直接接觸或者電線連接。

▲「Power-over-Skin」技術(shù)中的發(fā)射器（TX）與接收器（RX）（圖片來源：Future Interfaces Group）

通俗來講，人體可以被建模為一個(gè)復(fù)雜的RC電路，而「Power-over-Skin」技術(shù)則以人體作為傳導(dǎo)介質(zhì)，利用人體的電容性，通過高頻交流波（射頻）在皮膚表面?zhèn)鲗?dǎo)能量。

▲「Power-over-Skin」技術(shù)的能量流動(dòng)路徑示意（圖片來源：Future Interfaces Group）

該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)從頭到腳的遠(yuǎn)距離電力傳輸，并且已經(jīng)通過一系列包括傳輸距離、穿透衣物的傳輸實(shí)驗(yàn)以及單個(gè)發(fā)射器與多個(gè)接收器的兼容性實(shí)驗(yàn)和研究活動(dòng)進(jìn)行了驗(yàn)證。

▲當(dāng)發(fā)射器（TX）安置在頭部時(shí)，身體其他各部位接收到的電量功率（圖片來源：YouTube）

為了方便理解其中原理，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

假設(shè)你要在一個(gè)房間（電源）里舉辦派對(duì)，但是你需要在另一個(gè)房間（你的設(shè)備，比如耳機(jī)等）里播放音樂。為了讓音樂響起，你需要把音箱（能量）從電源房間搬動(dòng)到播放音樂的房間。

在「Power-over-Skin」技術(shù)中，我們不會(huì)直接搬動(dòng)音箱，而是使用一種特殊的音樂傳遞方式：我們可以通過一個(gè)巨大的揚(yáng)聲器（射頻發(fā)射器）播放音樂，這個(gè)揚(yáng)聲器能夠?qū)⒁魳返恼駝?dòng)（能量）通過空氣（人體）傳播到另一個(gè)房間中去。

關(guān)鍵在于，我們不需要在房間之間打洞（物理連接），也不需要電線來傳遞音樂。相反，我們僅僅利用房間本身（人體）來傳遞音樂的振動(dòng)（能量）。

在技術(shù)驗(yàn)證過程中，研究人員使用「Power-over-Skin」驅(qū)動(dòng)了一臺(tái)小型計(jì)算器。

▲使用「Power-over-Skin」驅(qū)動(dòng)的計(jì)算器（圖片來源：YouTube）

以及一臺(tái)大型的XR設(shè)備。

▲使用「Power-over-Skin」驅(qū)動(dòng)的XR設(shè)備（圖片來源：YouTube）

顯然，這種技術(shù)可以使得可穿戴電子設(shè)備擺脫傳統(tǒng)電源的限制，進(jìn)而使其變得更加輕便，舒適。

在選擇射頻技術(shù)作為開發(fā)方向之前，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員還嘗試了例如包括機(jī)械能收集、無線能量收集和無線功率傳輸技術(shù)在內(nèi)的諸多可能性。然而，這些方法都有其局限性，例如能量收集的不一致性，以及無線功率傳輸?shù)牡托蕟栴}等。

實(shí)際上，早在「Power-over-Skin」技術(shù)之前，就有眾多國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于「皮膚充電」的其他技術(shù)可行性進(jìn)行了探索。

加州理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種能夠通過生物燃料電池從汗液中收集能量的電子皮膚。不過，雖然這款設(shè)備的電量來源確實(shí)是「皮膚」，但它卻沒有完全擺脫電池的束縛。即使它使用的是高效的乳酸生物燃料電池（BFC）。

▲加州理工大學(xué)開發(fā)的電子皮膚（圖片來源：搜狐網(wǎng)）

來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)的科研小組開發(fā)了一種「柔性熱電發(fā)電機(jī)」（FTEG），該裝置可以將人體皮膚散發(fā)的熱量，即體溫，轉(zhuǎn)化為電能，且能實(shí)時(shí)為 LED 燈供電。這項(xiàng)技術(shù)不需要額外配備電池，是真正意義上的「皮膚供電」。

▲哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)的「FTEG」（圖片來源：36Kr）

目前，「皮膚充電」技術(shù)還難以大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中。以「Power-over-Skin」為例，主要存在以下問題：

• 在較遠(yuǎn)的傳輸距離和復(fù)雜的身體位置上，尤其是對(duì)于需要持續(xù)供電的設(shè)備，供電功率比較有限；

• 在環(huán)境中可能受到其他電磁干擾的影響，在多設(shè)備共存的情況下，可能導(dǎo)致傳輸功率不穩(wěn)定；

• 因電極與皮膚頻繁接觸而可能導(dǎo)致的皮膚過敏健康問題等。

負(fù)責(zé)「Power-over-Skin」技術(shù)的研發(fā)人員指出，當(dāng)前開發(fā)過程中的主要性能指標(biāo)是最大化接收器的功率，提高能量傳輸效率，以驅(qū)動(dòng)更多類型的可穿戴設(shè)備，用于更加豐富的最終用途。

「Power-over-Skin」技術(shù)展示了將人體作為電源的潛力。這表明未來這項(xiàng)技術(shù)可助力包括健康監(jiān)測(cè)設(shè)備、健身追蹤器等新一代可穿戴智能設(shè)備，甚至高級(jí)假肢等醫(yī)療保健設(shè)備的輕量化、舒適化，極大地改善用戶體驗(yàn)。

我們期待著「皮膚充電」技術(shù)盡快可以應(yīng)用于手機(jī)等使用更加廣泛的電子產(chǎn)品中?！鸽娏拷箲]」的解決，指日可待。