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電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）在整體消費市場頹勢下，今年可穿戴設(shè)備市場增長不可避免地放緩。但得益于相關(guān)產(chǎn)品包括智能手表、TWS耳機等產(chǎn)品的持續(xù)迭代，可穿戴市場邁向成熟，多家機構(gòu)預(yù)測2023年穿戴市場將重新恢復(fù)增長。

而在可穿戴設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新方面，各大廠商也在持續(xù)為后續(xù)的市場需求作出相應(yīng)布局。最近北京小米移動軟件有限公司的一項關(guān)于“一種一體化可穿戴設(shè)備”的新專利被授予發(fā)明專利權(quán)并公布了摘要，就展示了一種新的可穿戴設(shè)備形態(tài)。

如上圖所示，這款一體化可穿戴設(shè)備是將眼鏡和藍(lán)牙耳機結(jié)合起來的產(chǎn)品，看起來平平無奇，跟市面上其他的“智能眼鏡”沒什么區(qū)別。但在眼鏡的內(nèi)部卻大有乾坤，專利摘要顯示，在眼鏡鏡架的內(nèi)部，內(nèi)置了壓電材料和可充電電池的充電組件，通過壓電材料受壓發(fā)電的原理，將人體走動時內(nèi)置滾珠滾動的機械能轉(zhuǎn)化為電能，從而為鏡架中內(nèi)置的電池進(jìn)行充電。

同時鏡架電池通過導(dǎo)線連接到藍(lán)牙耳機上，持續(xù)進(jìn)行供電，在日常使用中可以實現(xiàn)藍(lán)牙耳機的無間斷續(xù)航，降低用戶為藍(lán)牙耳機進(jìn)行充電的頻率，提升用戶體驗。

不過目前在國家專利檢索網(wǎng)站上，該專利的細(xì)節(jié)文件還未公開，一般來說會在專利授權(quán)后的幾個月內(nèi)才會進(jìn)行公開。但我們可以根據(jù)摘要中的描述來猜測這款可穿戴設(shè)備所使用的技術(shù)。

從創(chuàng)新的角度來看，小米在專利中描述的這款一體化可穿戴設(shè)備，相比目前市面上現(xiàn)有的產(chǎn)品主要的差異點在于其自發(fā)電的功能。過往可穿戴設(shè)備的其中一個痛點是，盡管已經(jīng)往低功耗方面持續(xù)作出努力，但對于用戶而言，定期充電仍是一個較為繁瑣的使用方式。

而通過壓電材料，在可穿戴設(shè)備使用過程中進(jìn)行發(fā)電，對于可穿戴設(shè)備這種低功耗的產(chǎn)品而言是一個不錯的思路。就好比自動上發(fā)條的機械手表，在擺脫了定期補能之后，無疑會令消費者對可穿戴設(shè)備的接受程度提升一個層次。

不過，壓電材料的發(fā)電效率是否能達(dá)到可穿戴設(shè)備的需求，過往受到了很多質(zhì)疑。在很多研究中，利用壓電材料制造的可穿戴能量采集器的實際轉(zhuǎn)換效率依然不理想，主要問題一方面在于人類活動的頻率較低，對持續(xù)供電的能力造成很大的影響，另一方面是材料本身的能量轉(zhuǎn)換效率較低，距離實際應(yīng)用還有很長的路要走。

壓電材料的可穿戴應(yīng)用

有意思的是，基于壓電材料，今年以來在學(xué)術(shù)界也有很多在可穿戴設(shè)備上的創(chuàng)新研究。

今年3月，麻省理工學(xué)院的Yoel Fink教授團隊嘗試使用壓電纖維編織而成的織物，可以可用作靈敏的可聽麥克風(fēng)，同時保留織物的傳統(tǒng)品質(zhì)，甚至支持機洗?？椢锝橘|(zhì)由棉經(jīng)緯紗中的高楊氏模量紡織紗線組成，將可聽頻率的107個大氣壓的微弱壓力波轉(zhuǎn)換為低階機械振動模式。織入織物的是熱拉伸復(fù)合壓電纖維，它與織物貼合并將機械振動轉(zhuǎn)換為電信號。

在應(yīng)用中，用這種織物制造的衣服可以實現(xiàn)檢測聲音的功能，性能與商用麥克風(fēng)相當(dāng)，并可以發(fā)出聲音。在醫(yī)療應(yīng)用中，還可以作為用于心跳監(jiān)測的可穿戴設(shè)備使用。

11月，浙江大學(xué)謝金教授、英國諾森比亞大學(xué)傅永慶教授等人開發(fā)了一種基于柔性壓電聲學(xué)的無線系統(tǒng)，具有傳感、通信和定位等多種功能。在高頻刺激下（≈13MHz），該系統(tǒng)可產(chǎn)生蘭姆波用于呼吸監(jiān)測。而在低頻刺激下（≈20kHz），該裝置可作為一個振動膜，用于通信和定位應(yīng)用。該系統(tǒng)的室內(nèi)通信距離在200 bps時為2.8 m，在25 bps時為4.2 m。結(jié)合傳感功能，該系統(tǒng)可同時實現(xiàn)實時呼吸監(jiān)測和無線通信。

在實際應(yīng)用中，這種基于柔性聲波器件的智能無線傳感系統(tǒng)，具備低功耗、柔性等特點，未來可以應(yīng)用于智能家居、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療健康監(jiān)測和多機器人協(xié)調(diào)等領(lǐng)域。

可穿戴設(shè)備自供電的另一種解法——TENG

而在可穿戴設(shè)備自供電的研究上，廣西大學(xué)王雙飛院士團隊聶雙喜教授課題組近期報道了一種新型的可視化觸覺傳感器，實現(xiàn)了無需外接電源的自供電觸覺反饋。他們設(shè)計了一種被稱為X-TENG的高輸出摩擦納米發(fā)電機，通過對摩擦電材料和器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，TENG的轉(zhuǎn)移電荷增強到746 nC，可以輕松驅(qū)動光源產(chǎn)生亮度為9.8 cd·m-2的光信號。

那么這有什么用呢？在演示的應(yīng)用中，這種傳感器可以在手套上可以實現(xiàn)沒有外部電源的情況下，對手掌的抓握狀態(tài)進(jìn)行視覺感測和力度反饋，比如當(dāng)手握住一個物體時，X-TENG能夠產(chǎn)生為LED等供電的能量，從而反饋出目前手的狀態(tài)以及握取的力度。在發(fā)電的同時還可以監(jiān)測出動作力度，這在未來AR/VR等可穿戴設(shè)備的人機交互應(yīng)用中，或許會有很大的應(yīng)用前景。

除此之外，中國西北工業(yè)大學(xué)的一個團隊在今年年初也報道過一種自發(fā)電的可穿戴傳感器，這是基于微金字塔圖案雙網(wǎng)離子有機水凝膠的觸覺水凝膠傳感器(THS)，同樣是通過測量摩擦電輸出信號的變化來檢測細(xì)微壓力變化，并實現(xiàn)自供電。與其他的類似傳感器相比，THS擁有約85%的高透明度、高靈敏度、高柔韌性、高功率密度的電輸出（峰值20 μW/cm²）等優(yōu)勢，令這種技術(shù)更加適合于可穿戴電子應(yīng)用。

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