你的下一代可穿戴設備，可能不再需要電池

在各種先進快速充電技術迅猛發展的今天，「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「餵飽」。當代人類對於電量的需求已經超出想象。

微處理器的設計和製造已經登峰造極，蘋果的 AirPods 就是這種小型化巔峰的典型代表。它具有精密複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爲過去式。

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

▲「Power-over-skin」技術

它允許單個穿戴式發射器爲多個小型、無電池的穿戴設備提供電力。這些設備可以分佈在身體的不同部位，如戒指、耳環、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，人體可以被建模爲一個複雜的 RC 電路，而「Power-over-Skin」技術則以人體作爲傳導介質，利用人體的電容性，通過高頻交流波（射頻）在皮膚表面傳導能量。

▲「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，並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）

爲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）裡舉辦派對，但是你需要在另一個房間（你的設備，比如耳機等）裡播放音樂。爲了讓音樂響起，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。

關鍵在於，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。

在選擇射頻技術作爲開發方向之前，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，這些方法都有其侷限性，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，就有衆多國內外研究團隊對於「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）。

▲加州理工大學開發的電子皮膚（圖片來源：搜狐網）

來自哈爾濱工業大學的科研小組開發了一種「柔性熱電發電機」（FTEG），該裝置可以將人體皮膚散發的熱量，即體溫，轉化爲電能，且能實時爲 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」。

▲哈爾濱工業大學開發的「FTEG」（圖片來源：36Kr）

目前，「皮膚充電」技術還難以大規模應用於實際產品當中。以「Power-over-Skin」爲例，主要存在以下問題：

負責「Power-over-Skin」技術的研發人員指出，當前開發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，用於更加豐富的最終用途。

「Power-over-Skin」技術展示了將人體作爲電源的潛力。這表明未來這項技術可助力包括健康監測設備、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。

我們期待着「皮膚充電」技術儘快可以應用於手機等使用更加廣泛的電子產品中。「電量焦慮」的解決，指日可待。