电子皮肤-身体耦合动力传输和能量收集

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研究背景

无线电力传输和能量收集技术可用于为人体内部、表面和周围的设备供电和运行。然而，近场功率传输方法受到距离的限制，远场射频方法的效率受到身体阴影效应的限制。

创新点

新加坡国立大学Jerald Yoo课题组报道电磁波的身体耦合特性（人工引入或存在于周围环境中）可用于实现电力传输和能量收集方法，为身体周围的各个位置提供电力。在存在身体阴影的情况下，身体耦合功率传输的路径损耗比远场射频传输低 30 到 70 分贝。该系统可以从放置在脚踝处 160 cm 处的 ~1.2mW 发射器在头部恢复 2 µW。在没有有源功率发射器的情况下，作者展示了对耦合到人体上的环境电磁波的与位置无关的收集，从而从身体上高达 -10-dBm 的电磁波中恢复约 2.2 μW 的功率。

文章解析

图1：体耦合电力传输和环境能量收集方法。概念说明，包括潜在能源、潜在应用和电力传输/能量收集介质/通道。红色箭头显示了穿过人体的电力传输路径的示例。蓝色箭头显示耦合到人体上的环境电磁波。出于说明目的，功率发射器（有源源）和接收器/收集器的位置显示在几个可能的位置。

图2：人体作为电力传输和环境电磁能量收集介质的特性。

图3：以人体为媒介回收的力量的数量和特征。

读后感

作者报道了一种身体耦合电力传输和环境电磁能量收集系统，该系统可用于为人体周围的可穿戴设备提供可持续的电力。通过利用主动引入的电场和环境电磁波的身体耦合特性，这种方法可以避免身体阴影效应。作者通过具有阻抗匹配和增强技术的发射器和接收器/收集器设备证明了该方法的覆盖范围和有效性。52 μW 的功率可以在 15 cm 处恢复，在 160 cm 处可以恢复 2 μW，发射器在 3 VPP 下输出 ~1.2 mW。在相距 15 cm 处，当发射器输出电压增加到 10 VPP 时，可以恢复 0.8 mW。2.2 μW 的功率可以从高达 -10 dBm 的环境身体耦合 EM 能量中获得，与电极放置和尺寸无关。该方法克服了有限的身体功率传输距离和依赖于位置的能量收集的挑战，可用于开发具有增强的功率回收和清除效率以及全身使用可靠性的小型化可穿戴设备。