التقدم في الأجهزة القابلة للارتداء التكنلوجيا تعيد تشكيل الطريقة التي نعيش بها ونعمل ونلعب، وكذلك كيفية تقديم الرعاية الصحية وتلقيها. تشمل الأجهزة القابلة للارتداء التي شقت طريقها إلى الحياة اليومية الساعات الذكية وسماعات الأذن اللاسلكية، بينما في بيئة الرعاية الصحية، تشمل الأجهزة الشائعة الحاقنات القابلة للارتداء، وتصحيحات مراقبة مخطط كهربية القلب (ECG)، وأدوات المساعدة على الاستماع، والمزيد.
تتمثل إحدى نقاط الألم الرئيسية التي تواجه استخدام هذه الأجهزة القابلة للارتداء في الحفاظ على تشغيل هذه الأجهزة بشكل صحيح ومريح. مع زيادة عدد الأجهزة القابلة للارتداء التي يستخدمها المرء ، تزداد الحاجة إلى شحن بطاريات متعددة جنبًا إلى جنب ، مما يستهلك كميات هائلة من الكهرباء. يجد العديد من المستخدمين صعوبة في شحن العديد من الأجهزة كل يوم ، وتحدث اضطرابات في الخدمة عند نفاد البطاريات.
قام فريق بحثي ، بقيادة الأستاذ المساعد جيرالد يو من قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات ومعهد N.1 للصحة في جامعة سنغافورة الوطنية (NUS) ، بتطوير حل لهذه المشكلات. تمكّن تقنيتهم جهازًا واحدًا ، مثل الهاتف المحمول الموضوع في الجيب ، من تشغيل الأجهزة الأخرى القابلة للارتداء لاسلكيًا على جسم المستخدم ، باستخدام جسم الإنسان كوسيلة لنقل الطاقة. يتمتع النظام الجديد للفريق بميزة إضافية - حيث يمكنه جمع الطاقة غير المستخدمة من الإلكترونيات في بيئة منزلية أو مكتبية نموذجية لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء.
استخدام جسم الإنسان كوسيلة لنقل الطاقة
لإطالة عمر البطارية والحفاظ على العمليات المستقلة بالكامل - ولكن اللاسلكية - للأجهزة القابلة للارتداء ، يلزم اتباع نهج نقل الطاقة وتجميع الطاقة. ومع ذلك ، فإن الأساليب التقليدية لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء في منطقة الجسم مقيدة بالمسافة التي يمكن أن تنتقل بها الطاقة ، و "المسار" الذي يمكن أن تقطعه الطاقة دون مواجهة العقبات ، واستقرار حركة الطاقة. على هذا النحو ، لم تكن أي من الأساليب الحالية قادرة على توفير طاقة مستدامة للأجهزة القابلة للارتداء الموضوعة حول جسم الإنسان بأكمله.
قرر فريق NUS قلب الجداول حول هذه القيود من خلال تصميم نظام استقبال وجهاز إرسال يستخدم العقبة ذاتها في التزويد بالطاقة اللاسلكية - جسم الإنسان - كوسيلة لنقل الطاقة وتجميع الطاقة. يحتوي كل جهاز استقبال وجهاز إرسال على شريحة تُستخدم كنقطة انطلاق لتوسيع التغطية على الجسم بالكامل.
يحتاج المستخدم فقط إلى وضع جهاز الإرسال على مصدر طاقة واحد ، مثل الساعة الذكية على معصم المستخدم ، بينما يمكن وضع أجهزة استقبال متعددة في أي مكان على جسم الشخص. يقوم النظام بعد ذلك بتسخير الطاقة من المصدر لتشغيل العديد من الأجهزة القابلة للارتداء على جسم المستخدم عبر عملية تسمى نقل الطاقة المقترن بالجسم. بهذه الطريقة ، سيحتاج المستخدم فقط إلى شحن جهاز واحد ، ويمكن تشغيل باقي الأجهزة الذكية التي يتم ارتداؤها في نفس الوقت من هذا المصدر الفردي. أظهرت تجارب الفريق أن نظامهم يسمح بمصدر طاقة واحد مشحون بالكامل لتشغيل ما يصل إلى 10 أجهزة يمكن ارتداؤها على الجسم ، لمدة تزيد عن 10 ساعات.
كمصدر مكمل للطاقة ، نظر فريق NUS أيضًا في حصاد الطاقة من البيئة. وجد بحثهم أن بيئات المكتب والمنزل النموذجية بها موجات كهرومغناطيسية طفيلية (EM) يتعرض لها الناس طوال الوقت ، على سبيل المثال ، من جهاز كمبيوتر محمول قيد التشغيل. يقوم جهاز الاستقبال الجديد للفريق بكسح الموجات الكهرومغناطيسية من البيئة المحيطة ، ومن خلال عملية يشار إليها باسم الطاقة المقترنة بالجسم ، يستطيع جسم الإنسان جمع هذه الطاقة لتشغيل الأجهزة القابلة للارتداء ، بغض النظر عن مواقعها حول الجسم.
مما يمهد الطريق لأجهزة أصغر قابلة للارتداء وخالية من البطاريات
وحول فوائد أسلوب فريقه ، قال الأستاذ المساعد يو ، "البطاريات من بين أغلى المكونات في الأجهزة القابلة للارتداء ، وتضيف حجمًا كبيرًا إلى التصميم. يتمتع نظامنا الفريد بالقدرة على تجاهل الحاجة إلى البطاريات ، وبالتالي تمكين الشركات المصنعة من تصغير الأدوات مع تقليل تكلفة الإنتاج بشكل كبير. والأكثر إثارة ، أنه بدون قيود البطاريات ، يمكن أن يمكّن تطويرنا الجيل التالي من التطبيقات القابلة للارتداء ، مثل تصحيحات تخطيط القلب وملحقات الألعاب والتشخيصات عن بُعد ".
سيستمر فريق NUS في تعزيز كفاءة الطاقة لنظام الإرسال / الاستقبال الخاص بهم ، على أمل أنه في المستقبل ، يمكن لأي جهاز إرسال طاقة معين ، سواء كان هاتفًا محمولًا للمستخدم أو ساعة ذكية ، تلبية متطلبات طاقة الشبكة لجميع الأجهزة القابلة للارتداء الأخرى على الجسم ، مما يتيح لفترة أطول بطارية أوقات الحياة.