(问题)随着可穿戴设备、人机交互和远程操控加速发展,传感与通信系统对电源的依赖愈发突出;现有多数可穿戴交互装置采用“供能—感知—通信”分立架构:电池供电、传感器采集、通信模块发送。该模式较为成熟,但长期连续使用中容易遭遇续航压力、体积重量增加、结构更复杂、维护更频繁等限制。尤其在康复辅助、工业远程操控、机器人协作等需要长时间运行或高可靠性的场景里,电池更换与充电管理往往成为系统推广的掣肘。 (原因)上述痛点的核心在于能量供给与信息生成相互割裂:交互动作通常要经历“采集—处理—编码—发送”的链路,而通信又常依赖持续供电,带来额外能耗。一旦提升功能与精度,设备往往需要增加传感器和更复杂的处理单元,更抬高功耗并增加系统冗余。如何让“交互动作”本身同时成为能量与信息的来源,是突破低功耗人机交互的关键问题。 (影响)针对此难题,重庆大学物理学院联合中国科学院北京纳米能源与系统研究所研发出一种自供能无线传感器,探索将人体运动直接转化为无线控制信号的新路径。研究团队以双层三元滑动式摩擦纳米发电结构作为核心能量转换单元,可在手臂弯曲、伸展等运动过程中将机械能转化为电能。更重要的是,团队将发电、信号生成与无线发射进行一体化耦合:通过碳纤维机械开关产生离散电脉冲,并结合强耦合磁谐振无线传输技术,将不同运动姿态对应的脉冲信号直接发送至接收端。由此无需复杂编码与外部电源,即可驱动远处机械臂同步完成相应动作。 这一思路的意义在于把“动作—能量—信息”整合到同一物理链路中:只有发生交互时才产生能量与指令,通信由事件触发而非持续供能,系统结构更简化、维护也更方便。同期观点文章也指出,面向具身智能等方向,下一阶段的竞争不只在单项指标,更在系统范式的重构——通过协同建模与联合设计降低冗余、提升长期运行能力。本次研究提供了可验证的技术路径。 (对策)从工程化与应用落地看,要推动自供能无线感知技术进入实际场景,还需在几上持续推进:一是提高复杂环境下的稳定性与一致性,确保在不同佩戴松紧、运动幅度和材料磨损条件下都能可靠输出信号;二是完善与现有机器人控制系统、康复辅具平台的接口与协议适配,形成可扩展的标准化模块;三是建立安全与可靠运行的测试体系,尤其在医疗康复、工业协作等对误触发、误指令高度敏感的场景中,加强抗干扰与容错机制;四是评估规模化制造的可行性,在成本、耐久与舒适性之间取得平衡,为产品化打基础。 (前景)研究团队表示,该成果基于其近十年的自供电感知研究积累,技术路线从早期触发式信号产生与人体运动量化,发展到高密度信号的远距离无线传输,再到此次实现可控信号与无线传输的协同控制,表明了自供电体系从“能量采集”走向“能量—信息协同转换与传输”的演进趋势。业内预计,随着关键器件可靠性提升与系统集成度提高,这类自供能无线感知单元有望在可穿戴交互、远程操控、分布式机器人协作网络等领域拓展应用,为更自然、更高效、低维护的交互方式提供底层支撑。
从“先给设备供电再通信”到“运动本身即能量与指令”,此研究展示了新一代交互系统的演进方向:以更低能耗、更少维护换取更高自主性与更强的持续运行能力;面向应用落地,关键在于把实验室原理转化为能够应对复杂场景的工程体系,让低功耗交互真正进入生产与生活。