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2020年10月28日

中大工程学院团队开发高效电力采集装置 解决智能手表和手环续航力不足问题 创新成果获国际奖项嘉许

2020年10月28日
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研究团队成员廖维新教授(右)及蔡明京博士(左)。

团队成功将电力采集组件微型化,并保持足够高的发电量,令智能手表毋须充电。

廖教授近日获美国机械工程师学会颁发「适应结构与材料系统奖」。

智能手表和手环愈来愈受欢迎,林林总总的功能例如健康监测、非接触交易、娱乐、生活助理等,为我们的生活提供便利。然而,这些穿戴式电子产品体积细小,限制了电池容量,令使用时间常常捉襟见肘。针对该问题,由香港中文大学(中大)机械与自动化工程学系主任廖维新教授率领的团队,成功研发一套高功率人体动能电力采集的装置,可内置于智能手表和手环提供永续电力,免却经常要充电的烦恼。 

透过收集人体动能为手表提供电力并非新事物,现时部分传统手表已有使用微电机经由机械直齿轮发电。主要原理是用振荡器和微电机把动能转换成电能,而齿轮则可提高输入频率,以增加发电效能。不过基于物理限制,例如机械齿轮结构不够紧密、制造要求高、机械摩擦导致的损耗大等,容易出现故障,利用微电机与机械齿轮产生的电力亦只够传统手表使用,无法满足智能手表的电力需求。 

一直研发智能材料及能量采集的廖维新教授及其团队,尝试利用电磁组件取代机械直齿轮结构,以解决这一关键问题。团队成员之一蔡明京博士表示:「肢体摆动频率低,令动能采集效率不足。新研发的装置使用磁性升频器,可加大动作捕捉器的旋转频率,使电力采集系统能更有效地将人体动能转换为电能,并提高输出功率。新装置产生的电力是同类产品或研究的10倍。」 

在设计电力采集系统时,廖教授团队在非常有限的空间加入动作捕捉器、升频器、以及发电机组,并采用同轴布置,令装置结构高度紧密,减少能量损耗。测试结果显示,整套系统体积仅有5立方厘米,但发电量高达1.74 mW,功率密度是同类产品或研究的10倍,可满足市场上众多智能手表和手环的电能需求。此外,与机械齿轮不同的是,磁性升频器使用电磁传动,避免了因机械摩擦导致的能量损失,减少物理损耗。再者,磁性升频器结构简单,制作成本低,有利于大规模商业应用。 

专研智能材料及能量采集 创新成果获国际奖项嘉许 

廖教授是机械工程的国际专家,自1997年加入中大,现为机械与自动化工程学系主任及中大智能设计与制造研究所所长。他的团队积极在科研路上寻求创新,并在重要国际期刊和会议上发表了280多篇文章,拥有多项美国专利及学术奖项。 

廖教授最近更获美国机械工程师学会颁发「适应结构与材料系统奖」(Adaptive Structures and Material Systems Award),以表彰他在工程方面的科技创新与成就。廖教授是首名获得此奖项的香港学者。 

他对于获颁奖项感到喜悦,并表示:「我很荣幸获得此奖项,十分感谢美国机械工程师学会对我研究团队的工作予以肯定,以及中大同僚们多年来的支持。作为学者,我希望研究成果不单能够为人类解难,还能够鼓励年青人探索工程学的奥妙及乐趣,成为推动未来社会科技发展的一份子。」

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研究团队成员廖维新教授(右)及蔡明京博士(左)。

 

团队成功将电力采集组件微型化,并保持足够高的发电量,令智能手表毋须充电。

 

廖教授近日获美国机械工程师学会颁发「适应结构与材料系统奖」。