「揮一揮手」即為智能手錶充電
2020年10月29日12:52
研究團隊成員廖維新(右)及蔡明京(左)。 中大供圖
研究團隊成員廖維新(右)及蔡明京(左)。 中大供圖

( 轉載自《文匯報》)

智能手錶和手環近年大熱,坊間幾乎人手一隻,但此類便攜電子產品因電池容量小,電量往往無法持久,很快就與主人「say byebye」自動關機。中文大學機械與自動化工程學系主任廖維新透過磁性升頻器,研發出高功率的動能電力採集系統,將人體活動時肢體擺動轉化為電力的效能提高10倍,可望為穿戴式電子產品「永續供電」。近日他就相關成就獲美國機械工程師學會頒發「適應結構與材料系統獎」,成為香港學者獲此獎項的第一人。

透過收集人體動能為手錶提供電力並非新事物,現時部分傳統手錶已有使用微電機經由機械直齒輪發電。主要原理是用震盪器和微電機把動能轉換成電能,而齒輪則可提高輸入頻率,以增加發電效能。不過基於物理限制,例如機械齒輪結構不夠緊密、製造要求高、機械摩擦導致的損耗大等,容易出現故障,利用微電機與機械齒輪產生的電力亦只夠傳統手錶使用,無法滿足智能手錶的電力需求。

一直研發智能材料及能量採集的廖維新及其團隊,便成功利用電磁組件取代機械直齒輪結構,以解決這一關鍵問題。

有望達至永久供能

在系統設計上,團隊在非常有限的空間加入動作捕捉器、磁性升頻器(magnetic frequency-up converter)以及發電機組,並採用同軸布置,令裝置結構高度緊密,減少能量損耗。令僅有5立方厘米的系統,產生高達1.74mW的發電量,小小身軀大大力量,功率密度亦是同類產品的10倍,可滿足市面上眾多智能手錶和手環的電能需求,達到永久供能。

此外,磁性升頻器使用電磁轉動,避免因機械摩擦導致的能量損失,減少物理損耗,同時磁性升頻器結構簡單,其製作成本低,給予大規模商業應用較大的空間。

減物理損耗 製作成本低

團隊成員之一蔡明京介紹指,由於人類肢體擺動頻率低,導致動能採集效率不足。而優化後的系統,以磁性升頻器加大動作捕捉器的旋轉頻率,大大提高電力採集系統將人體動能轉化電能的效率,同時提供輸出功率,產生的電力是同類產品的10倍。

廖維新表示,作為學者,希望其研究成果不單能夠為人類解難,還能鼓勵年輕人探索工程學的奧妙和樂趣,成為推動未來社會科技發展的一分子。

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