下代穿戴裝置可能不需再裝電池

各種先進快速充電技術迅速發展的今天，「電量焦慮」仍是能引起共鳴的話題。

皮膚充電能解決電量焦慮？

縱然市面高能量密度、輕量化電池層出不窮，仍難抵擋不爭事實：數位產品更新速度越來越快，性能越來越強，也越來越難「餵飽」。當代人類對電量的需求已超越想像。

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。它具有精密複雜的即時音訊處理器，具有無線串流媒體連接功能，充電一次可持續工作數小時。然而，即使是如此小巧的電子裝置，「電池」也竟是其內部最大的組件。無論是從實體設計還是使用者體驗的角度來講，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。

卡內基美隆大學的 Future Interfaces Group 小組成員 Andy Kong、Daehwa Kim 和 Chris Harrison 開發了一種名為「Power-over-Skin」的技術，它是一種透過人體內部的射頻（RF，Radio Frequency）能量來為全身穿戴式裝置供電的創新方法。

（Source：Future Interfaces Group）

它允許單一穿戴式發射器為多個小型、無電池的穿戴裝置提供電力。這些裝置可以分布在身體的不同部位，如戒指、耳環、擴增實境（AR）眼鏡等，它們可以透過人體傳導電力，而無需直接接觸或電線連接。

人體可建模成複雜 RC 電路，「Power-over-Skin」以人體為傳導介質，利用人體電容性，透過高頻交流波（射頻）在皮膚表面傳導能量。能傳輸從頭到腳的遠距離電力，驗證一系列傳輸距離、穿透衣物的傳輸實驗及單個發射器與多個接收器的相容性實驗。

為了方便理解原理，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（你的裝置，例如耳機等）播放音樂。為了讓音樂響起，你需要把音響（能量）從電源房間搬動到播放音樂的房間。

「Power-over-Skin」不會直接搬動音箱，而是用特殊音樂傳遞法：我們可用巨大揚聲器（射頻發射器）播放音樂，揚聲器能將音樂振動（能量）透過空氣（人體）傳播到另一個房間。

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，我們只是利用房間本身（人體）來傳遞音樂的振動（能量）。

技術驗證時，研究員用「Power-over-Skin」驅動小型計算器，以及一台大型XR 裝置。顯然新技術可使穿戴式電子裝置擺脫傳統電源的限制，使更輕便舒適。

選擇射頻技術為開發方向前，卡內基美隆大學研究員也嘗試機械能收集、無線能量收集和無線功率傳輸等許多可能性。然這些方法都有局限性，如能量收集不一致性，以及無線功率傳輸的低效率問題等。

皮膚充電的潛力與挑戰

早在「Power-over-Skin」前，就有許多團隊探索「皮膚充電」可行性。

加州理工學院團隊開發以生物燃料電池汗水收集能量的電子皮膚，雖然電力來源確實是「皮膚」，卻未完全擺脫電池束縛，即使是高效率乳酸生物燃料電池（BFC）。哈爾濱工業大學團隊開發「柔性熱電發電機」（FTEG），可用皮膚散發熱量即體溫，轉成電力，且即時供電 LED 燈。技術不需額外電池，是真正意義的「皮膚發電」。

目前「皮膚充電」技術還難大規模應用於實際產品。以「Power-over-Skin」為例，有以下問題：