Page 28 - 能量採集技術開啟醫療應用新局

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病人的心率到血糖值等各種資訊。 這些產品是人們可以連續穿戴而 不至於發生問題的理想產品。在 現實中，大多數電池都需要定期充 電，但北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)的一支 研究團隊透過一種從人體熱量獲 取能量的裝置克服這一障礙。這 項發明是一種軟性的熱電發電機 (TEG)。之前大多數致力於製造可 彎曲TEG的研究計劃都沒能達到 剛性元件的性能。然而，研究人員 對設計進行了調整，取得了令人印 象深刻的結果。
這些RF的能量來源，並將其儲存 起來，供某些特定應用或場景中 使用。RF能量採集為許多應用提 供顯著的好處，但需要仔細注意其 關鍵元件，包括實現這種方法所 需要的接收天線與功率調節電路。
對於一個特定的無線波源，接收 天線上的功率會隨著距離的增加 而降低，如弗里斯傳輸方程式(Friis transmission equation)所示:
他們一開始在2017年取得了 TEG概念驗證(PoC)。然而，工程師 表示，2020年發佈的升級類型更接 近於剛性裝置提供的效率。其中一 種成分是鎵銦合金(eGaIn)，這是 一種鎵和銦的無毒合金，具有類似 於金屬的延展性和導電性。
為了提供豐富的能量採集來 源，RF還需要靠近發射天線。透 過RF取得能量的概念並不是新話 題，其過程也相對簡單。RF電波經 由天線接收，並引起電位差，使電 荷載流子沿著天線的長度移動，以 達到電場平衡。能量採集電路能擷 取動能，接著，能量被暫時儲存在 電容器中，然後用於在負載上產生 理想的電位差。
其中
PT=發射功率
PR=接收功率 GT=發射器天線增益 GR=接收器天線增益
λ=波長 d=發射器和接收器之間的距離 接收天線的設計在提高能量採
參與這項專案並共同撰寫研 究論文的Mehmet Ozturk解釋 說:「這裡的關鍵在於使用高導 熱矽酮彈性體摻雜石墨烯薄片和 EGaIn。彈性體提供了抗穿刺的機 械堅固性，同時提高了裝置的性 能。使用這種彈性體，讓我們得以 將熱導率(傳熱速率)提高6倍，從 而提升了橫向熱傳播。」
用於通訊的RF發射器一般在 其放射功率方面受到限制。此外，
2021年初，美國無線電源新 創公司Powercast宣佈，由於其 新款無線供電RFID溫度掃描系 統支援COVID-19監控協議，讓企 業輕鬆安全地監測員工體溫，獲 得美國商業智慧集團(Business Intelligence Group)頒發2021年
RF能量採集為醫療裝置無 線供電
RF有其可用性，且隨時隨地 都非常容易取得，不至於受到時 間、地理限制或天氣條件的影響。 一般情況下，RF頻率範圍從3kHz 到300GHz。業界的構想在於採集
圖4:可撓式熱電採集器在軟性封裝中實現剛性裝置的材料品質;裝置中的液態金屬還能提供自我修 復的能力。 (圖片來源:NC State University)
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RF充電技術採用了許多技 術——包括Qi、PMA/AirFuel Alliance與WPC等，每一種技術都 有不同的充電方法與最大充電距 離。透過路由器與手機可以創造 出具有潛在能量的空間區域，這些 能量隨時間與距離也有所不同。 而存在電位差之處，總會有辦法獲 取 電 力。
集效率方面扮演重要角色。接收天 線可以蝕刻在印刷電路板(PCB)上 或設計為接收線圈元件。
Powercast簡化RF能量採 集設計