现代计算设备功能强大且小巧，可以轻松佩戴在身体上。然而，电池成为设计和用户体验的主要障碍，增加了设备的重量和体积，并且需要定期充电和移除设备。
传统的无线能量传输技术要么功率不足，要么需要专门设计的环境。
为了解决这些问题，卡内基梅隆大学的研究人员提出了通过人体传输能量的Power-over-Skin “皮肤供电”技术。
它使用40 MHz的射频（RF）能量通过人体传输电力，支持全身范围内分布的无电池设备。
该系统通过一个可穿戴的发射器将电力耦合到人体，能量通过人体皮肤传导到多个接收器（如蓝牙控制环、温度监测贴片、太阳暴露监测设备等）。
通过这种方式，用户可以佩戴多个小型设备，而无需为每个设备配备电池。
简单来说，人体就像一个能量导体，通过携带一个小型发射器（例如嵌入在手表或耳机中），射频能量可以通过皮肤传导能量，供电到全身各处佩戴的小设备。
这项技术的核心优势是：未来的智能戒指、耳环、健康监测贴片等设备可以通过这项技术直接从人体获取能量，无需内置电池和频繁充电。
- 通过人体供电：通过人体传输射频能量，无需为设备配备电池，大大减小了设备的体积和重量。
- 全身覆盖：一个发射器就能给全身的多个设备供电，不管是手上还是脚上，都可以正常工作。实验表明，发射器可以传输最高1500微瓦的能量。
- 多种设备支持：能够为多种可穿戴设备供电，如微控制器、传感器、显示屏等设备，支持设备进行输入、输出、传感和无线通信。
- 穿透衣物供电：该技术不仅可以直接通过皮肤供电，还可以穿过衣物进行能量传输，进一步提高了使用的便利性。
- 灵活的设备集成：该系统能够集成到小型可穿戴设备中，如耳环、戒指、医疗贴片等，同时还能支持更复杂的设备，如蓝牙控制的输入设备和显示器。
- 高效能量传输：通过优化技术，这项系统可以在较远距离内传输足够的能量，让设备能长时间正常工作。
目前，这种技术已经能够为一些低功耗设备供电，功率约为1毫瓦，虽然有限，但足够用于一些如健康监测设备的应用场景。此外，这种电力传输还能通过衣物工作，并与导电织物集成，具有实际应用的潜力。未来，该技术可能与现有的AR设备等集成，进一步减少设备的充电需求。
技术原理
- 利用人体传输能量：
- 这项技术的核心思想是利用人体作为能量传输的媒介。发射器通过一种特殊的射频（RF）信号将能量传递到人体表面，接收器再通过接触皮肤从人体吸收这部分能量。微型接收器可以安装在身体的任何地方 – 它将交流电整流为直流电，并将其存储在电容器中。这样，设备就不需要电池，直接通过人体供电。
- 使用40MHz的射频信号：
- 研究发现，40MHz这个频率的射频信号在人体上传输效果最好。相比于其他频率，这个频率的信号不会轻易散失在空气中，能很好地沿着人体传播，因此能量传输的效率很高。
- 电容耦合原理：
- 这个技术依赖于电容耦合，也就是通过人体的电容特性进行能量传输。发射器和接收器通过人体形成一个“电容电路”，使能量能够从身体的一部分（如发射器佩戴的位置）传输到另一部分（如接收器所在的设备）。比如，一个发射器可以在手腕上，接收器可以在手指或脚上，这样能量就能传递过去。
- 阻抗匹配技术：
- 为了让能量传输得更高效，技术团队使用了“阻抗匹配”技术。简单来说，人体的电阻特性会影响能量传输效果，如果发射器和接收器的电路与人体的电阻不匹配，能量就会浪费。阻抗匹配技术能够让这些设备更好地适应人体的电阻特性，减少能量损失，让传输效率更高。
- 小型接收器板：
- 接收器设备非常小巧，通常像一个小贴片一样贴在皮肤上。它们通过皮肤接触吸收人体传来的能量，并将这些能量储存在设备内部的电容器中，给设备提供电力。这些接收器板可以驱动不同类型的小型设备，比如显示屏、传感器、无线通信模块等。
- 多设备同时供电：
- 一个发射器可以同时为多个设备供电，比如在手腕上戴一个发射器，就能为手指上的几个小设备供电。这种能量分配不会让设备之间“抢能量”，每个设备都能获得足够的电力来运行。
- 该技术的另一个优点是，能量可以穿过衣物传输。例如，如果发射器放在口袋里，通过衣物也能为设备供电，这使得使用场景更加灵活。
实验表明，这种能量传输在短距离（例如从手腕到手指）效果最好。在这种情况下，接收器可以接收到高达1500微瓦的功率，能够支持设备长时间稳定运行。这对于日常佩戴的可穿戴设备，如智能手环、戒指控制器或耳环等，十分适用。
1500微瓦（即1.5毫瓦）的能量虽然看似不多，但对于许多小型可穿戴设备来说是足够的。这样的功率足以驱动一些低功耗设备，如传感器、LED灯、简单的微处理器或蓝牙模块。这意味着通过这种技术，小型设备可以不依赖电池，通过人体直接获取电力。
虽然这个功率并不适合大功率设备，但对于间歇性使用或低功耗的传感器来说，已经足够维持其工作。比如，一些设备只需要偶尔唤醒、读取数据或发送信息，这样的功率可以确保设备持续工作，并保持小巧的设计。
由于这种技术可以减少设备对电池的依赖，甚至可以完全取消电池，这就意味着设备可以设计得更小、更轻、更便捷，尤其适合需要佩戴在身体上的设备。
Power-over-Skin技术可以为各种分布在人体不同部位的小型无电池设备供电，具体包括以下类型的设备：
- 输入控制设备：例如控制环（controller ring），可以通过蓝牙传输用户输入，用于控制其他设备，比如电视或AR/VR设备中的交互。
- 装饰性设备：例如发光耳环，通过接收传输的能量驱动LED发光，展示出装饰性和功能性结合的设计。
- 生物传感器：如体温监测贴片（temperature patch），可以持续监测人体体温并记录数据，适用于长期健康监测。
- 太阳暴露监测器：带有电子墨水显示屏的设备，用于记录和显示紫外线暴露情况，帮助用户了解他们的日常太阳暴露量。
- 微型计算设备：可以为微控制器（如BLE微控制器）供电，使其支持无线通信、数据处理等功能。这类设备可以执行短期的任务，如感应、计算、数据传输等。
- 贴片式医疗设备：可以应用于各种生物信号监测设备，如心电图（ECG）传感器，用于健康监测或病情跟踪。
- 可穿戴显示器：如集成电子墨水屏幕的设备，可以用于显示健康数据、通知信息等，适合轻量且长时间使用的场景。
- 计算器等基础设备：技术演示中改装了一台普通计算器，移除了电池后通过Power-over-Skin供电，实现了基础的计算和显示功能。
Power-over-Skin 技术已经展示了在耳环、戒指、体温监测贴片等设备上的应用，未来可以进一步扩展到如智能眼镜、智能隐形眼镜、触觉手套等新型可穿戴设备上，让这些设备也能通过人体供电。
安全方面，研究团队表明其射频功率远低于安全标准，因此不会对人体造成危害。
项目介绍：https://www.figlab.com/research/2024/poweroverskin
论文：https://drive.google.com/file/d/17qtaXyanAeJqdw0Rrbnp-YJJgXEy5sqx/view