오늘날 다양한 첨단 고속 충전 기술이 비약적으로 발전하면서 '배터리 불안'은 여전히 회자되는 화두다.
에너지 밀도가 높고 가벼운 새로운 배터리가 끊임없이 시장에 등장하고 있음에도 불구하고 디지털 제품의 반복 속도가 점점 더 빨라지고 성능이 더욱 강력해지고 있으며 점점 더 강력해지고 있다는 확실한 사실을 거부하기는 여전히 어렵습니다. 그리고 "먹이"는 것이 더 어렵습니다. 현대 인류의 전기 수요는 상상을 뛰어넘었습니다.
마이크로프로세서의 설계와 제조는 정점에 이르렀고, Apple의 AirPods는 이러한 소형화의 정점을 대표하는 대표적인 제품입니다. 정교한 실시간 오디오 프로세서와 무선 스트리밍 연결 기능을 갖추고 있으며 한 번 충전으로 몇 시간 동안 사용할 수 있습니다.
하지만 이렇게 작은 전자기기라도 사실 '배터리'는 그 안에 들어 있는 가장 큰 부품이다. 물리적 디자인이든 사용자 경험 관점이든 이는 무시할 수 없는 디자인 재앙입니다.
이제 ' 피부 충전 ' 기술의 출현으로 '배터리 불안' 문제가 완전히 해결되고 '배터리 부족'으로 인한 모든 당황스러운 만남이 과거의 일이 될 것 같습니다.
카네기 멜론 대학교의 앤디 공, 김대화, 크리스 해리슨은 인체 내부의 무선 주파수 (RF, Radio Frequency) 에너지를 이용해 전신에 전력을 공급하는 혁신적인 방법인 '파워 오버 스킨( Power-over-Skin )' 기술을 개발했습니다. 장치.
▲'파워 오버 스킨' 기술
이를 통해 단일 웨어러블 송신기로 배터리가 필요 없는 여러 개의 소형 웨어러블 장치에 전력을 공급할 수 있습니다. 이들 기기는 반지, 귀걸이, 증강현실(AR) 안경 등 신체의 다양한 부위에 분포할 수 있으며, 직접적인 접촉이나 전선 연결 없이 인체를 통해 전기를 전도할 수 있다.
▲'Power-over-Skin' 기술의 송신기(TX)와 수신기(RX) (사진 출처: Future Interfaces Group)
일반인의 관점에서 인체는 복잡한 RC 회로로 모델링할 수 있으며 "Power-over-Skin" 기술은 인체를 전도성 매체로 사용하고 인체의 정전용량을 사용하여 고주파 AC파(라디오)를 전도합니다. 주파수) 피부 표면의 에너지.
▲'Power-over-Skin' 기술의 에너지 흐름 경로 그림 (사진 출처: Future Interfaces Group)
이 기술은 머리부터 발끝까지 장거리 전력 전송이 가능하며 전송 거리, 의복을 통한 전송, 단일 송신기와 다중 수신기 간의 호환성 실험 및 연구 활동 등 일련의 실험 및 연구 활동을 통해 검증되었습니다.
▲송신기(TX)를 머리에 얹으면 몸의 다른 부분에서 전력을 받아오는 모습 (사진출처:유튜브)
원리의 이해를 돕기 위해 간단한 예를 들어보겠습니다.
한 방( 전원 공급 장치 )에서 파티를 열고 다른 방( 헤드폰과 같은 장치 )에서 음악을 재생해야 한다고 가정해 보겠습니다. 음악이 재생되기 위해서는 전력실에서 음악이 재생되는 방으로 스피커( 에너지 )를 옮겨야 합니다.
"Power-over-Skin" 기술에서는 스피커를 직접 움직이지 않고 특별한 음악 전송 방법을 사용합니다. 거대한 스피커( 무선 주파수 송신기 )를 통해 음악을 재생할 수 있으며, 음악을 전달할 수 있습니다. 진동( 에너지 ) 공기( 인체 )를 통해 다른 방으로 전달됩니다.
핵심은 방 사이에 구멍( 물리적 연결 )을 만들 필요가 없고 음악을 전달하기 위해 전선이 필요하지 않다는 것입니다. 대신 우리는 단순히 방 자체( 인체 )를 사용하여 음악의 진동( 에너지 )을 전달합니다.
기술 검증 과정에서 연구진은 'Power-over-Skin'을 이용해 소형 계산기를 구동했다.
▲'Power-over-Skin'으로 구동되는 계산기 (사진출처: 유튜브)
그리고 대형 XR 장치.
▲'Power-over-Skin'으로 구동되는 XR 장치 (사진출처: 유튜브)
분명히 이 기술은 웨어러블 전자 장치를 기존 전원의 한계에서 해방시켜 더 가볍고 편안하게 만들 수 있습니다.
카네기멜론대학 연구진도 무선주파수 기술을 개발 방향으로 선택하기 전 기계적 에너지 하베스팅, 무선 에너지 하베스팅, 무선 전력 전송 기술 등 다양한 가능성을 시도했다. 그러나 이러한 방법에는 에너지 하베스팅의 불일치, 무선 전력 전송의 비효율성 등의 한계가 있습니다.
실제로 '파워 오버 스킨(Power-over-Skin)' 기술이 등장하기 오래 전부터 많은 국내외 연구진이 다른 '스킨 충전' 기술의 타당성을 탐색해왔다.
Caltech 연구팀이 바이오 연료 전지를 통해 땀 에서 에너지를 수확하는 전자 피부를 개발했습니다. 그러나 이 장치의 전원은 실제로 "피부"이지만 배터리의 족쇄를 완전히 제거하지는 않습니다. 고효율 젖산 바이오 연료전지(BFC)를 사용하는데도 말이죠.
▲캘리포니아 공과대학이 개발한 전자피부 (사진출처: Sohu.com)
하얼빈 공과대학 연구팀은 인간의 피부에서 방출되는 열, 즉 체온을 전기 에너지로 변환하고 실시간으로 LED 조명에 전원을 공급할 수 있는 '유연한 열전 발전기'(FTEG)를 개발했습니다. 이 기술은 추가 배터리가 필요하지 않으며 진정한 "피부 동력"입니다.
▲하얼빈공업대학이 개발한 'FTEG' (사진출처: 36Kr)
현재 '스킨 충전' 기술은 실제 제품에 대규모로 적용하기에는 아직 어렵다. "Power-over-Skin"을 예로 들면, 주요 문제점은 다음과 같습니다.
- 긴 전송 거리와 복잡한 신체 위치, 특히 지속적인 전원 공급이 필요한 장치의 경우 전원 공급 전력이 상대적으로 제한됩니다.
- 환경의 다른 전자기 간섭에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이로 인해 여러 장치가 공존할 때 전송 전력이 불안정해질 수 있습니다.
- 전극과 피부의 잦은 접촉으로 인해 발생할 수 있는 피부 알레르기 및 건강 문제.
'Power-over-Skin' 기술을 담당하는 R&D 담당자는 현재 개발 프로세스의 주요 성능 지표는 수신기의 전력을 극대화하고 에너지 전송 효율을 향상하여 더 다양한 애플리케이션을 위해 더 많은 유형의 웨어러블 장치를 구동하는 것이라고 지적했습니다. .사용을 종료합니다.
"Power-over-Skin" 기술은 인체를 동력원으로 사용할 수 있는 가능성을 보여줍니다. 이는 미래에 이 기술이 건강 모니터링 장치, 피트니스 추적기, 고급 보철물과 같은 의료 장비를 포함한 차세대 웨어러블 스마트 장치를 가볍고 편안하게 만들어 사용자 경험을 크게 향상시키는 데 도움이 될 수 있음을 보여줍니다.
하루빨리 휴대폰 등 더욱 널리 사용되는 전자제품에 '피부 충전' 기술이 적용되기를 기대한다. "배터리 불안"에 대한 해결책이 바로 코앞에 다가왔습니다.
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Ai Faner | 원본 링크 · 댓글 보기 · Sina Weibo