Những tiến bộ trong thiết bị đeo công nghệ đang định hình lại cách chúng ta sống, làm việc và vui chơi cũng như cách thức cung cấp và tiếp nhận dịch vụ chăm sóc sức khỏe. Các thiết bị đeo được đưa vào cuộc sống hàng ngày bao gồm đồng hồ thông minh và tai nghe không dây, trong khi ở môi trường chăm sóc sức khỏe, các thiết bị phổ biến bao gồm kim phun có thể đeo, miếng dán theo dõi điện tâm đồ (ECG), máy trợ thính, v.v.
Một điểm khó khăn lớn mà việc sử dụng các thiết bị đeo này gặp phải là vấn đề giữ cho các thiết bị này được cấp nguồn đúng cách và thuận tiện. Khi số lượng thiết bị đeo được sử dụng tăng lên, nhu cầu sạc nhiều pin cũng tăng theo, tiêu thụ một lượng điện rất lớn. Nhiều người dùng cảm thấy cồng kềnh khi sạc nhiều thiết bị mỗi ngày và sự gián đoạn dịch vụ bất tiện xảy ra khi hết pin.
Một nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Phó Giáo sư Jerald Yoo từ Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính và Viện Y tế N.1 tại Đại học Quốc gia Singapore (NUS), đã phát triển một giải pháp cho những vấn đề này. Công nghệ của họ cho phép một thiết bị duy nhất, chẳng hạn như điện thoại di động đặt trong túi, cấp nguồn không dây cho các thiết bị đeo khác trên cơ thể người dùng, sử dụng cơ thể con người làm phương tiện truyền tải điện. Hệ thống mới của nhóm còn có thêm một lợi thế nữa là nó có thể thu năng lượng không sử dụng từ các thiết bị điện tử trong môi trường gia đình hoặc văn phòng điển hình để cung cấp năng lượng cho thiết bị đeo.
Sử dụng cơ thể con người làm phương tiện truyền năng lượng
Để kéo dài tuổi thọ pin và duy trì hoạt động hoàn toàn tự động—nhưng không dây—của các thiết bị đeo, cần có các phương pháp truyền tải điện và thu năng lượng. Tuy nhiên, các phương pháp thông thường để cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo trên cơ thể bị hạn chế bởi khoảng cách mà năng lượng có thể được truyền đi, “đường dẫn” năng lượng có thể di chuyển mà không gặp chướng ngại vật và sự ổn định của chuyển động năng lượng. Như vậy, không có phương pháp nào hiện nay có thể cung cấp năng lượng bền vững cho các thiết bị đeo được đặt trên toàn bộ cơ thể con người.
Nhóm NUS đã quyết định giải quyết những hạn chế này bằng cách thiết kế một hệ thống thu và phát sử dụng trở ngại chính trong việc cấp nguồn không dây—cơ thể con người—làm phương tiện truyền tải điện và thu năng lượng. Mỗi máy thu và máy phát chứa một con chip được sử dụng làm bàn đạp để mở rộng vùng phủ sóng trên toàn bộ cơ thể.
Người dùng chỉ cần đặt bộ phát trên một nguồn điện duy nhất, chẳng hạn như đồng hồ thông minh trên cổ tay người dùng, trong khi nhiều bộ thu có thể được đặt ở bất kỳ đâu trên cơ thể người đó. Sau đó, hệ thống khai thác năng lượng từ nguồn để cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị đeo trên cơ thể người dùng thông qua một quá trình được gọi là truyền điện kết hợp với cơ thể. Bằng cách này, người dùng sẽ chỉ cần sạc một thiết bị và các thiết bị còn lại đang đeo có thể được cấp nguồn đồng thời từ nguồn duy nhất đó. Các thí nghiệm của nhóm cho thấy hệ thống của họ cho phép một nguồn năng lượng duy nhất được sạc đầy có thể cung cấp năng lượng cho tối đa 10 thiết bị đeo trên cơ thể trong thời gian hơn 10 giờ.
Là một nguồn năng lượng bổ sung, nhóm NUS cũng xem xét việc thu năng lượng từ môi trường. Nghiên cứu của họ phát hiện ra rằng môi trường văn phòng và gia đình điển hình có sóng điện từ ký sinh (EM) mà mọi người luôn tiếp xúc với nó, chẳng hạn như từ một máy tính xách tay đang chạy. Bộ thu mới của nhóm sẽ lọc sóng EM từ môi trường xung quanh và thông qua một quá trình được gọi là cung cấp năng lượng kết hợp với cơ thể, cơ thể con người có thể thu năng lượng này để cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo, bất kể vị trí của chúng trên cơ thể.
Mở đường cho các thiết bị đeo nhỏ hơn, không dùng pin
Về lợi ích mà phương pháp của nhóm mình mang lại, Phó Giáo sư Yoo cho biết: “Pin là một trong những thành phần đắt nhất trong các thiết bị đeo được và chúng làm tăng thêm khối lượng cho thiết kế. Hệ thống độc đáo của chúng tôi có khả năng loại bỏ nhu cầu về pin, từ đó cho phép các nhà sản xuất thu nhỏ các thiết bị đồng thời giảm đáng kể chi phí sản xuất. Thú vị hơn, không còn hạn chế về pin, sự phát triển của chúng tôi có thể hỗ trợ các ứng dụng thiết bị đeo thế hệ tiếp theo, chẳng hạn như bản vá ECG, phụ kiện chơi game và chẩn đoán từ xa.”
Nhóm NUS sẽ tiếp tục nâng cao hiệu quả cấp nguồn cho hệ thống phát/thu của họ với hy vọng rằng trong tương lai, bất kỳ thiết bị truyền tải điện nào, dù là điện thoại di động hay đồng hồ thông minh của người dùng, đều có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng mạng của tất cả các thiết bị đeo khác. trên cơ thể, do đó cho phép sử dụng lâu hơn ắc quy cả đời.