Vooruitgang op het gebied van wearables technologie geven een nieuwe vorm aan de manier waarop we leven, werken en spelen, en ook aan de manier waarop gezondheidszorg wordt verleend en ontvangen. Wearables die hun weg hebben gevonden naar het dagelijks leven zijn onder meer slimme horloges en draadloze oortelefoons, terwijl in de gezondheidszorg veel voorkomende apparaten draagbare injectoren, elektrocardiogram (ECG) monitoringpatches, luisterhulpmiddelen en meer zijn.
Een belangrijk pijnpunt bij het gebruik van deze wearables is de kwestie om deze apparaten op de juiste manier en gemakkelijk van stroom te voorzien. Naarmate het aantal wearables dat men gebruikt toeneemt, neemt de noodzaak toe om meerdere batterijen tegelijk op te laden, waardoor enorme hoeveelheden elektriciteit worden verbruikt. Veel gebruikers vinden het omslachtig om elke dag meerdere apparaten op te laden, en onhandige serviceonderbrekingen treden op wanneer de batterijen leeg raken.
Een onderzoeksteam, geleid door universitair hoofddocent Jerald Yoo van de afdeling Electrical and Computer Engineering en het N.1 Institute for Health van de National University of Singapore (NUS), heeft een oplossing voor deze problemen ontwikkeld. Dankzij hun technologie kan een enkel apparaat, zoals een mobiele telefoon in de zak, draadloos andere draagbare apparaten op het lichaam van een gebruiker van stroom voorzien, waarbij het menselijk lichaam wordt gebruikt als medium voor krachtoverbrenging. Het nieuwe systeem van het team heeft een bijkomend voordeel: het kan ongebruikte energie uit elektronica halen in een typische thuis- of kantooromgeving om de wearables van stroom te voorzien.
Het menselijk lichaam gebruiken als medium voor energieoverdracht
Om de levensduur van de batterij te verlengen en volledig autonome, maar toch draadloze, werking van draagbare apparaten te ondersteunen, zijn krachtoverbrenging en energieoogstbenaderingen vereist. Conventionele benaderingen voor het versterken van wearables op het lichaamsgebied worden echter beperkt door de afstand die kracht kan worden overgedragen, het "pad" dat de energie kan afleggen zonder obstakels te zien, en de stabiliteit van de energiebeweging. Als zodanig is geen van de huidige methoden in staat geweest om duurzame stroom te leveren aan wearables die rond het hele menselijk lichaam zijn geplaatst.
Het NUS-team besloot de rollen over deze beperkingen om te draaien door een ontvanger- en zendersysteem te ontwerpen dat juist het obstakel in draadloze voeding - het menselijk lichaam - gebruikt als medium voor krachtoverbrenging en het oogsten van energie. Elke ontvanger en zender bevat een chip die als springplank wordt gebruikt om de dekking over het hele lichaam uit te breiden.
Een gebruiker hoeft de zender alleen maar op een enkele stroombron te plaatsen, zoals het slimme horloge om de pols van een gebruiker, terwijl meerdere ontvangers overal op het lichaam van de persoon kunnen worden geplaatst. Het systeem maakt vervolgens gebruik van energie van de bron om meerdere wearables op het lichaam van de gebruiker van stroom te voorzien via een proces dat lichaamsgekoppelde krachtoverbrenging wordt genoemd. Op deze manier hoeft de gebruiker slechts één apparaat op te laden en kunnen de rest van de gadgets die worden gedragen tegelijkertijd worden ingeschakeld vanaf die ene bron. De experimenten van het team toonden aan dat hun systeem het mogelijk maakt om met één enkele stroombron die volledig is opgeladen tot 10 draagbare apparaten op het lichaam van stroom te voorzien, voor een duur van meer dan 10 uur.
Als aanvullende energiebron heeft het NUS-team ook gekeken naar het oogsten van energie uit de omgeving. Uit hun onderzoek bleek dat typische kantoor- en thuisomgevingen parasitaire elektromagnetische (EM) golven hebben waaraan mensen voortdurend worden blootgesteld, bijvoorbeeld van een draaiende laptop. De nieuwe ontvanger van het team vangt de EM-golven op uit de omgeving en via een proces dat body-coupled powering wordt genoemd, kan het menselijk lichaam deze energie oogsten om de draagbare apparaten van stroom te voorzien, ongeacht hun locatie in het lichaam.
De weg vrijmaken voor kleinere, batterijloze wearables
Over de voordelen van de methode van zijn team zei Assoc Prof Yoo: "Batterijen behoren tot de duurste componenten in draagbare apparaten en ze voegen massa toe aan het ontwerp. Ons unieke systeem heeft het potentieel om de noodzaak voor batterijen weg te laten, waardoor fabrikanten de gadgets kunnen verkleinen en de productiekosten aanzienlijk kunnen verlagen. Meer opwindend, zonder de beperkingen van batterijen, kan onze ontwikkeling de volgende generatie draagbare toepassingen mogelijk maken, zoals ECG-patches, gamingaccessoires en diagnostiek op afstand.”
Het NUS-team zal doorgaan met het verbeteren van de energie-efficiëntie van hun zender-/ontvangersysteem, in de hoop dat in de toekomst elk willekeurig apparaat met energietransmissie, of het nu een mobiele telefoon of smartwatch van een gebruiker is, kan voldoen aan de netwerkstroomvereisten van alle andere wearables. op het lichaam, waardoor een langere Accu levenslang.