科技日报记者 雍黎 王姗姗
一项新研究将人体运动直接转化为无线控制信号，为可穿戴设备与机器人交互开辟高效、低功耗新路径。3月27日，记者从重庆大学获悉，该校物理学院联合中国科学院北京纳米能源与系统研究所，在国际期刊《自然·传感》上发布了一项创新成果。该研究成功开发出一种新型自供能无线传感器，能够将人体手臂运动直接、同步地转化为控制机械臂的无线指令，整个过程中无需电池供电。这为构建下一代低功耗、高自主性的可穿戴人机交互系统提供了全新方案。
在当前的人机交互与远程操控中，主流可穿戴系统通常需要电池供能，并依赖独立的感知、通信模块协同工作。这种“供能—感知—通信”分立的架构不仅增加了系统复杂性与体积，其长期运行也受限于电池续航，维护成本较高。
为解决上述问题，研究团队巧妙设计了一种双层三元滑动式摩擦纳米发电机，作为核心能量转换单元。当人手臂弯曲或伸展时，该装置能将运动机械能直接转化为电能。更重要的是，研究团队将这一发电过程与信号生成、无线传输深度耦合。
通过结合特殊设计的碳纤维机械开关与强耦合磁谐振无线传输技术，研究实现了“运动产生能量，能量即时生成并发送特定控制信号”的一体化流程。手臂的不同运动姿态，会对应产生不同的离散电脉冲信号。这些信号无需经过复杂的编码和处理，便能无线驱动远处的机械臂做出同步、对应的动作，仿佛为机械臂装上了“本能反应”。
这项成果并非一蹴而就。论文通讯作者重庆大学物理学院副教授蒲贤洁介绍，这一成果基于该团队在自供电感知领域长达近十年的系统性研究：从2017年最初实现简单的触碰触发，到2018年将复杂人体运动量化为电信号，再到2024年实现高密度量化信号的远距离无线传输，直至本次最终实现可控信号与无线传输的协同，达成实时、同步的过程性控制。逐步推动自供电感知体系从“信号产生”向“能量-信息协同转换与传输”演进。
《自然·传感》同期发表的观点文章指出，面向具身智能的发展需求，更关键的不只是性能提升，还在于系统范式重构，即在统一物理链路中实现“运动—能量—信息”的协同建模与联合设计。在这一框架下，自供电不再是独立的供能模块，而成为信息生成机制的一部分，使通信从持续能耗负担转变为由交互事件自然触发的过程，从而降低系统冗余并提升长期运行能力。
该研究为构建低能耗、低维护、可扩展的无线感知单元提供了新的路径。未来，相关技术有望在可穿戴人机交互、远程操控系统以及分布式具身智能网络等场景中得到应用，为实现更加自然、高效的智能交互提供技术基础。
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