近日，重慶大學(xué)物理學(xué)院作為第一單位，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所，在《Nature Sensors》（《自然·傳感》）發(fā)表題為“Self-powered triboelectric wireless sensor for robotic arm control via enhanced electromagnetic induction”的研究論文。該工作圍繞如何降低傳統(tǒng)可穿戴系統(tǒng)對(duì)電池供能與持續(xù)通信的依賴(lài)，探索將人體運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為無(wú)線(xiàn)控制信號(hào)的技術(shù)路徑。

重慶大學(xué)物理學(xué)院博士生安山山、劉思召為論文共同第一作者，重慶大學(xué)物理學(xué)院蒲賢潔、中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、重慶市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

自供能無(wú)線(xiàn)機(jī)械臂接口（SWAi）及信號(hào)感知、傳輸模式

在人機(jī)交互與遠(yuǎn)端操控等應(yīng)用場(chǎng)景中，傳統(tǒng)可穿戴系統(tǒng)多采用“供能—感知—通信”分立架構(gòu)，系統(tǒng)復(fù)雜度較高，長(zhǎng)期自主運(yùn)行能力受限。針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)基于摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）的界面電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制，設(shè)計(jì)雙層三元滑動(dòng)式摩擦納米發(fā)電機(jī)（DTESTENG）作為機(jī)械能-電能轉(zhuǎn)換單元，并結(jié)合碳纖維機(jī)械開(kāi)關(guān)與強(qiáng)耦合磁諧振（SCMR），在不依賴(lài)電池和能量管理模塊條件下，實(shí)現(xiàn)手臂運(yùn)動(dòng)無(wú)線(xiàn)感知，并直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂同步響應(yīng)。研究建立了人體運(yùn)動(dòng)與離散脈沖信號(hào)之間的定量映射，將信號(hào)生成與無(wú)線(xiàn)傳輸過(guò)程耦合，實(shí)現(xiàn)感知、供能與通信的一體化集成。

該研究延續(xù)了團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在自供電感知領(lǐng)域的系統(tǒng)性探索：從早期感官觸發(fā)人機(jī)交互（Science Advances, 2017），到人體運(yùn)動(dòng)感知量化信號(hào)生成（Nano Energy, 2018），再到高密度量化信號(hào)的遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)傳輸（Device, 2024），直至本工作中可控量化信號(hào)與無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)膮f(xié)同及過(guò)程性同步控制（Nature Sensors, 2026），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)。

同期發(fā)表的觀(guān)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(xiàn)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)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s44460-026-00039-x

來(lái)源：物理學(xué)院

作者：蒲賢潔