你未來的無線耳機，可能不再需要電池

在各種先進快速充電技術迅猛發(fā)展的今天，「電量焦慮」仍然是一個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不爭的事實：數碼產品的迭代速度越來越快，性能越來越強，也越來越難以被「喂飽」。當代人類對于電量的需求已經超出想象。

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

然而，即使是如此小巧的電子設備，「電池」也竟是其內部最大的組件。無論是從物理設計還是用戶體驗的角度來講，這都是一個不可忽視的設計災難。

現在，「皮膚充電」技術的問世，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。

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

▲「Power-over-skin」技術

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

▲「Power-over-Skin」技術中的發(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復雜的RC電路，而「Power-over-Skin」技術則以人體作為傳導介質，利用人體的電容性，通過高頻交流波（射頻）在皮膚表面?zhèn)鲗芰俊?/p>

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

該技術能夠實現從頭到腳的遠距離電力傳輸，并且已經通過一系列包括傳輸距離、穿透衣物的傳輸實驗以及單個發(fā)射器與多個接收器的兼容性實驗和研究活動進行了驗證。

▲當發(fā)射器（TX）安置在頭部時，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，舉個簡單的例子：

假設你要在一個房間（電源）里舉辦派對，但是你需要在另一個房間（你的設備，比如耳機等）里播放音樂。為了讓音樂響起，你需要把音箱（能量）從電源房間搬動到播放音樂的房間。

在「Power-over-Skin」技術中，我們不會直接搬動音箱，而是使用一種特殊的音樂傳遞方式：我們可以通過一個巨大的揚聲器（射頻發(fā)射器）播放音樂，這個揚聲器能夠將音樂的振動（能量）通過空氣（人體）傳播到另一個房間中去。

關鍵在于，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（能量）。

在技術驗證過程中，研究人員使用「Power-over-Skin」驅動了一臺小型計算器。

▲使用「Power-over-Skin」驅動的計算器（圖片來源：YouTube）

以及一臺大型的XR設備。

▲使用「Power-over-Skin」驅動的XR設備（圖片來源：YouTube）

顯然，這種技術可以使得可穿戴電子設備擺脫傳統電源的限制，進而使其變得更加輕便，舒適。

在選擇射頻技術作為開發(fā)方向之前，卡內基梅隆大學的研究人員還嘗試了例如包括機械能收集、無線能量收集和無線功率傳輸技術在內的諸多可能性。然而，這些方法都有其局限性，例如能量收集的不一致性，以及無線功率傳輸的低效率問題等。

實際上，早在「Power-over-Skin」技術之前，就有眾多國內外研究團隊對于「皮膚充電」的其他技術可行性進行了探索。

加州理工學院的研究團隊開發(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，雖然這款設備的電量來源確實是「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）。

▲加州理工大學開發(fā)的電子皮膚（圖片來源：搜狐網）

來自哈爾濱工業(yè)大學的科研小組開發(fā)了一種「柔性熱電發(fā)電機」（FTEG），該裝置可以將人體皮膚散發(fā)的熱量，即體溫，轉化為電能，且能實時為 LED 燈供電。這項技術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)大學開發(fā)的「FTEG」（圖片來源：36Kr）

目前，「皮膚充電」技術還難以大規(guī)模應用于實際產品當中。以「Power-over-Skin」為例，主要存在以下問題：

• 在較遠的傳輸距離和復雜的身體位置上，尤其是對于需要持續(xù)供電的設備，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，在多設備共存的情況下，可能導致傳輸功率不穩(wěn)定；

• 因電極與皮膚頻繁接觸而可能導致的皮膚過敏健康問題等。

負責「Power-over-Skin」技術的研發(fā)人員指出，當前開發(fā)過程中的主要性能指標是最大化接收器的功率，提高能量傳輸效率，以驅動更多類型的可穿戴設備，用于更加豐富的最終用途。

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

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