可穿戴式智能設備是應用如今高速發展的電子技術對日常穿戴進行智能化設計、開發出可以穿戴的設備的總稱，如眼鏡、手套、手錶、服飾及鞋等。隨著計算機標準化軟硬件以及互聯網技術的高速發展，可穿戴式智能設備的形態也變得多樣化，如iwatch，智能手環，谷歌眼鏡，SONY頭盔顯示器，智能衣服等，並逐漸在工業、醫療、軍事、教育、娛樂等諸多領域表現出重要的研究價值和應用潛力。而利用可穿戴式設備對人體進行健康監測是重要熱點之一，如各類智能手環、智能手錶等。
但有礙於可穿戴式設備進一步發展的核心問題即是頻繁的充電！解決這類耗電量不高，但個體數量極其龐大的智能設備供電問題，最有效的途徑被認為是從環境中獲取能量。
以王中林院士提出的納米發電機和自驅動微納系統技術（同時也是北京納米能源與系統研究所的核心技術）為基礎，研製自供電智能鞋。下圖展示了一款自驅動智能鞋的實驗室模型。在人體行走過程中，動能被納米發電機收集，轉化為電能，可以為裝備在鞋上的各類電子器件供電，包括計步器、LED夜跑燈、溫度檢測器以及GPS定位裝置等。這一成果發表在 Nano Research上，該論文作者為：Long Liu, Wei Tang(共同一作), Chaoran Deng, Baodong Chen, Kai Han, Wei Zhong and Zhong Lin Wang* (Nano Research, https://doi.org/10.1007/s12274-018-1978-z)。
近期，基於納米發電機的自驅動發光套裝和傳感套裝已成功面市，象徵著在學術領域凝聚了一大批科研工作者智慧結晶的納米發電技術成功實現了產業轉化，為新時代的自驅動智能可穿戴裝備的發展邁出了堅實的第一步。
在上述基礎上，研究團隊持續創新，進一步研發了基於納米發電機的實時足壓監測鞋墊（如下圖）。與心率、脈搏等生理信號一樣，足底壓力分佈狀態也是重要的生理信號，特別是足跟、中足外側以及蹠骨等許多區域的壓力值，都是診斷疾病、預防足底損傷的重要醫學指徵。傳統的足底壓力監測系統，或者由於測試板體積龐大、不便穿戴測量，或者受限於功耗和電池的壽命，不能實現長時間連續監測。因此，研發團隊利用自驅動的納米發電機作為傳感點位，大大降低了器件功耗，並進一步用納米發電機作為能源，為傳感系統的數據採集、數據處理和藍牙發送提供電力，實現了包含幾十個關鍵力點的實時數據採集和成像，並可在手機APP中隨時查看。這一成果發表在 Advanced Functional Materials上，該論文作者為：Chaoran Deng, Wei Tang(共同一作), Long Liu, Baodong Chen, Meicheng Li, and Zhong Lin Wang* (Adv Funct Mater. 2018, 28(23), 201801606)
未來幾年，在納米發電技術的帶動下，智能鞋以及相關的可穿戴智能設備將飛速發展，迎來一個自驅動的新時代，應用範圍將涵蓋大健康監測、康復理療等等方面，最終實現高新科學技術回饋社會，回饋人民。
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北京納米能源與系統研究所
王中林院士課題組
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