2024年7月24日，浙江大学控制学院曹云琦研究员、侯迪波教授团队受邀在《Cell Reports Physical Science》期刊发表题为“服务于能源自持人体传感网络的电磁式可穿戴振动能量采集器人体运动适应性增强方法（Human-motion adaptability enhancement of wearable electromagnetic vibration energy harvesters toward self-sustained body sensor networks）”的专题综述论文。

作为物联网概念的一个蓬勃发展的分支，人体传感网络（Body Sensor Network，BSN）将可穿戴传感器、执行器和微型智能终端互联起来，将更多个性化的智能服务融入健康监测、体育运动、人机交互、户外作业、灾情救援等诸多领域，强化了人与信息之间的联系，悄然改变着人们生活的方方面面。然而，随着这些可穿戴电子设备种类、数量的增长和功能的复杂化，传统的电池供电方式已无法满足其长期自主化运行的需求，BSN节点的可持续性供电问题成为了该领域进一步发展的一大瓶颈。

事实上，人体自身存储着充足的能量，其中超过100 W的能量在人们的日常生活中以机械能、热能、化学能等形式释放出来。若能在不对人体活动产生显著影响的前提下，将这些人体中的能量作为可持续能源加以利用，仅仅采集、转化其中一小部分便可为BSN节点提供充足的电能，从而摆脱对需要人工更换、反复充电的电池的依赖，实现完全能源自持的人体传感网络。

由此，基于电磁、压电、摩擦电、热电等各种原理的小型化可穿戴能量采集器应运而生，构成了自供能传感技术这一新兴智能感知与检测技术的主体。尤其是针对蕴含可观生物机械能（~60 W）的人体肢端运动的可穿戴振动能量采集器，具有优越的输出功率水平和便携性，展现出了光明的前景。然而，人体生物机械运动本身的超低频（<5 Hz）、方向多变等特性及不规则性、不连续性，对可穿戴振动能量采集器的人体运动适应性提出了较高要求，目前可穿戴能量采集器的研发进展与其长期稳定的实际应用之间仍然存在较大差距。

鉴于上述背景，该团队从BSN节点的可持续供能问题出发，聚焦电磁式可穿戴振动能量采集器领域中针对人体肢端运动适应性的增强设计这一主题，通过深入研究近些年在电磁式可穿戴振动能量采集器高效拾振结构方面的研究现状，梳理了这一能源自持人体传感网络赋能技术的发展路线，并对该领域的未来发展趋势和面临的几项重要挑战提出了见解。

文章基于超低频、主导频率不规则、方向多变等人体肢端运动各方面的生物力学特性，将近些年的电磁式可穿戴振动能量采集器拾振结构设计分为最优工作频率匹配策略（optimal working frequency matching strategies）、工作频带拓宽技术（working band broadening techniques）、带有非线性行程的运动转换方法（movement conversion methods with nonlinear strokes）和能量损失缩减对策（energy loss reducing solutions）四大类；结合研究案例，详细阐述了这四大类所涵盖的各类技术、方法的设计原理、运动学响应、性能优势及对能源自持BSNs的赋能作用，全面地展现出了这一先进技术领域对科学与工程的有机结合；并以多样化人体活动激励下电磁式可穿戴振动能量采集器的长期、高效、稳定工作为目标，深入探讨了这一技术领域的未来发展趋势和亟待解决的重要挑战，为该领域内的未来研究工作提供了重要指导和参考，同时，对物联网、人体传感网络、可穿戴电子、自供能传感、小型化机电系统等技术领域的发展和创新具有重要的科学价值。

该团队百人计划研究员曹云琦与博士研究生范舒羽为该综述论文的共同第一作者，曹云琦研究员为独立通讯作者，团队侯迪波教授、张光新教授、硕士研究生单绮玮、博士研究生高晨阳等为主要作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.102117