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2020年10月28日

中大工程學院團隊開發高效電力採集裝置 解決智能手錶和手環續航力不足問題 創新成果獲國際獎項嘉許

2020年10月28日
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研究團隊成員廖維新教授(右)及蔡明京博士(左)。

團隊成功將電力採集組件微型化,並保持足夠高的發電量,令智能手錶毋須充電。

廖教授近日獲美國機械工程師學會頒發「適應結構與材料系統獎」。

智能手錶和手環愈來愈受歡迎,林林總總的功能例如健康監測、非接觸交易、娛樂、生活助理等,為我們的生活提供便利。然而,這些穿戴式電子產品體積細小,限制了電池容量,令使用時間常常捉襟見肘。針對該問題,由香港中文大學(中大)機械與自動化工程學系主任廖維新教授率領的團隊,成功研發一套高功率人體動能電力採集的裝置,可內置於智能手錶和手環提供永續電力,免卻經常要充電的煩惱。 

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。主要原理是用振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教授及其團隊,嘗試利用電磁組件取代機械直齒輪結構,以解決這一關鍵問題。團隊成員之一蔡明京博士表示:「肢體擺動頻率低,令動能採集效率不足。新研發的裝置使用磁性升頻器,可加大動作捕捉器的旋轉頻率,使電力採集系統能更有效地將人體動能轉換為電能,並提高輸出功率。新裝置產生的電力是同類產品或研究的10倍。」 

在設計電力採集系統時,廖教授團隊在非常有限的空間加入動作捕捉器、升頻器、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。測試結果顯示,整套系統體積僅有5立方厘米,但發電量高達1.74 mW,功率密度是同類產品或研究的10倍,可滿足市場上眾多智能手錶和手環的電能需求。此外,與機械齒輪不同的是,磁性升頻器使用電磁傳動,避免了因機械摩擦導致的能量損失,減少物理損耗。再者,磁性升頻器結構簡單,製作成本低,有利於大規模商業應用。 

專研智能材料及能量採集 創新成果獲國際獎項嘉許 

廖教授是機械工程的國際專家,自1997年加入中大,現為機械與自動化工程學系主任及中大智能設計與製造研究所所長。他的團隊積極在科研路上尋求創新,並在重要國際期刊和會議上發表了280多篇文章,擁有多項美國專利及學術獎項。 

廖教授最近更獲美國機械工程師學會頒發「適應結構與材料系統獎」(Adaptive Structures and Material Systems Award),以表彰他在工程方面的科技創新與成就。廖教授是首名獲得此獎項的香港學者。 

他對於獲頒獎項感到喜悅,並表示:「我很榮幸獲得此獎項,十分感謝美國機械工程師學會對我研究團隊的工作予以肯定,以及中大同僚們多年來的支持。作為學者,我希望研究成果不單能夠為人類解難,還能夠鼓勵年青人探索工程學的奧妙及樂趣,成為推動未來社會科技發展的一份子。」

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研究團隊成員廖維新教授(右)及蔡明京博士(左)。

 

團隊成功將電力採集組件微型化,並保持足夠高的發電量,令智能手錶毋須充電。

 

廖教授近日獲美國機械工程師學會頒發「適應結構與材料系統獎」。