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一項(xiàng)新研究將人體運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為無(wú)線控制信號(hào)，為可穿戴設(shè)備與機(jī)器人交互開(kāi)辟高效、低功耗新路徑。3月27日，記者從重慶大學(xué)獲悉，該校物理學(xué)院聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所，在國(guó)際期刊《自然·傳感》上發(fā)布了一項(xiàng)創(chuàng)新成果。該研究成功開(kāi)發(fā)出一種新型自供能無(wú)線傳感器，能夠?qū)⑷梭w手臂運(yùn)動(dòng)直接、同步地轉(zhuǎn)化為控制機(jī)械臂的無(wú)線指令，整個(gè)過(guò)程中無(wú)需電池供電。這為構(gòu)建下一代低功耗、高自主性的可穿戴人機(jī)交互系統(tǒng)提供了全新方案。

在當(dāng)前的人機(jī)交互與遠(yuǎn)程操控中，主流可穿戴系統(tǒng)通常需要電池供能，并依賴(lài)獨(dú)立的感知、通信模塊協(xié)同工作。這種“供能—感知—通信”分立的架構(gòu)不僅增加了系統(tǒng)復(fù)雜性與體積，其長(zhǎng)期運(yùn)行也受限于電池續(xù)航，維護(hù)成本較高。

為解決上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)巧妙設(shè)計(jì)了一種雙層三元滑動(dòng)式摩擦納米發(fā)電機(jī)，作為核心能量轉(zhuǎn)換單元。當(dāng)人手臂彎曲或伸展時(shí)，該裝置能將運(yùn)動(dòng)機(jī)械能直接轉(zhuǎn)化為電能。更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)將這一發(fā)電過(guò)程與信號(hào)生成、無(wú)線傳輸深度耦合。

通過(guò)結(jié)合特殊設(shè)計(jì)的碳纖維機(jī)械開(kāi)關(guān)與強(qiáng)耦合磁諧振無(wú)線傳輸技術(shù)，研究實(shí)現(xiàn)了“運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生能量，能量即時(shí)生成并發(fā)送特定控制信號(hào)”的一體化流程。手臂的不同運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生不同的離散電脈沖信號(hào)。這些信號(hào)無(wú)需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的編碼和處理，便能無(wú)線驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)處的機(jī)械臂做出同步、對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，仿佛為機(jī)械臂裝上了“本能反應(yīng)”。

這項(xiàng)成果并非一蹴而就。論文通訊作者重慶大學(xué)物理學(xué)院副教授蒲賢潔介紹，這一成果基于該團(tuán)隊(duì)在自供電感知領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)近十年的系統(tǒng)性研究：從2017年最初實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的觸碰觸發(fā)，到2018年將復(fù)雜人體運(yùn)動(dòng)量化為電信號(hào)，再到2024年實(shí)現(xiàn)高密度量化信號(hào)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸，直至本次最終實(shí)現(xiàn)可控信號(hào)與無(wú)線傳輸?shù)膮f(xié)同，達(dá)成實(shí)時(shí)、同步的過(guò)程性控制。逐步推動(dòng)自供電感知體系從“信號(hào)產(chǎn)生”向“能量-信息協(xié)同轉(zhuǎn)換與傳輸”演進(jìn)。

《自然·傳感》同期發(fā)表的觀點(diǎn)文章指出，面向具身智能的發(fā)展需求，更關(guān)鍵的不只是性能提升，還在于系統(tǒng)范式重構(gòu)，即在統(tǒng)一物理鏈路中實(shí)現(xiàn)“運(yùn)動(dòng)—能量—信息”的協(xié)同建模與聯(lián)合設(shè)計(jì)。在這一框架下，自供電不再是獨(dú)立的供能模塊，而成為信息生成機(jī)制的一部分，使通信從持續(xù)能耗負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)變?yōu)橛山换ナ录匀挥|發(fā)的過(guò)程，從而降低系統(tǒng)冗余并提升長(zhǎng)期運(yùn)行能力。

該研究為構(gòu)建低能耗、低維護(hù)、可擴(kuò)展的無(wú)線感知單元提供了新的路徑。未來(lái)，相關(guān)技術(shù)有望在可穿戴人機(jī)交互、遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)以及分布式具身智能網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景中得到應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)更加自然、高效的智能交互提供技術(shù)基礎(chǔ)。