无需电池，通过人体运动就能驱动机械臂 重庆高校团队研发“自供能技术”

　　4月1日，记者从重庆大学获悉，该校物理学院联合中国科学院北京纳米能源与系统研究所，成功研发出自供能摩擦电无线感知与通信一体化技术，为可穿戴人机交互、远程操控等领域带来全新解决方案。该成果的研究论文日前在国际期刊《Nature Sensors》（《自然·传感》）发表。

　　“这项研究聚焦传统可穿戴系统的痛点。”论文通讯作者、重庆大学物理学院副教授蒲贤洁介绍，在人机交互与远端操控场景中，传统设备大多采用“供能—感知—通信”分立架构，不仅系统复杂，还高度依赖电池，长期自主运行能力大打折扣。比如，在远程操控机械臂时，操作人员佩戴的可穿戴设备需要频繁充电，一旦电量耗尽，操控便被迫中断，极大影响工作效率与体验。

　　针对这一难题，研究团队另辟蹊径，基于摩擦纳米发电机（TENG）的界面电荷转移机制，设计出双层三元滑动式摩擦纳米发电机（DTE-S-TENG），以此作为机械能到电能的转换核心。同时，搭配碳纤维机械开关与强耦合磁谐振（SCMR）技术，实现了无需电池和能量管理模块，仅依靠人体手臂运动就能完成无线感知，并直接驱动机械臂同步响应。

　　“简单来说，当操作人员做出手臂动作时，这个新型装置就能将运动产生的机械能转化为电能，同时生成对应的离散脉冲信号，通过无线传输直接控制机械臂做出相同动作。”蒲贤洁补充介绍，研究团队还建立了人体运动与脉冲信号之间的定量映射关系，把信号生成和无线传输过程紧密耦合，真正实现了感知、供能与通信的一体化集成。

　　据悉，这一成果并非一蹴而就，而是团队多年深耕自供电感知领域的结晶。早在2017年，团队就开始研究早期感官触发人机交互，到今年，已经实现可控量化信号与无线传输的协同及过程性同步控制，推动自供电感知体系从“单纯产生信号”向“能量与信息协同转换传输”跨越。

　　《自然·传感》同期发表的观点文章指出，这项研究表明，自供电不再是独立的供能模块，而是成为信息生成的一部分，让通信从持续耗电的负担，变成由交互事件自然触发的过程，有效降低了系统冗余，提升了长期运行能力。

　　据了解，该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、重庆市自然科学基金等项目的资助。未来，这项技术有望在多个场景大显身手。比如，在可穿戴人机交互领域，人们无需再为设备充电发愁，就能通过自然动作与智能设备顺畅交流；在远程操控系统中，操作人员可以更高效地控制远方的机械臂、机器人等设备，应用于工业生产、抢险救灾等场景；在分布式具身智能网络中，大量低能耗、低维护的无线感知单元将构建起更加智能、高效的网络体系。

　　（文/记者 李志峰）