根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IDC的報(bào)告,在2014年,穿戴式裝置(基本型及智能型)的市場(chǎng)出貨量約1,960萬(wàn)臺(tái),在2015年,預(yù)估出貨量將成長(zhǎng)至4,570萬(wàn)臺(tái),至2019年更上看1.26億臺(tái),而這五年的年平均復(fù)合成長(zhǎng)率高達(dá)45.1%。
在初期,人們對(duì)高科技產(chǎn)品的嘗鮮及炫耀心理所建構(gòu)出的消費(fèi)行為,以及,以商品實(shí)用性甚至是必需品為導(dǎo)向的長(zhǎng)期市場(chǎng)需求;而大家都很清楚的是,“實(shí)用性”才是穿戴式裝置商品能夠屹立不搖、生生不息的保證。
穿戴式裝置的“實(shí)用性”指針,除了功能(function)之外,最為重要的就是“續(xù)航力”了。以目前最夯的AppleWatch來(lái)說(shuō),每天晚上都得脫下來(lái)充一下電,消費(fèi)者已經(jīng)稍嫌麻煩了,若是24小時(shí)監(jiān)測(cè)的醫(yī)療照護(hù)穿戴裝置,也需要每天脫下來(lái)充電才能續(xù)用,這種東西的實(shí)用性已經(jīng)被大打折扣了。
以目前的產(chǎn)品表現(xiàn)來(lái)說(shuō),電池續(xù)航力的確是穿戴式裝置市場(chǎng)成長(zhǎng)的一大罩門(mén)。
要提升穿戴式裝置的續(xù)航力,可以從二方面著手,一是設(shè)計(jì)極低耗電的傳感器、處理器、通訊模塊等組件,以及優(yōu)化系統(tǒng)的電源管理;二是改良電池技術(shù)。
相較于半導(dǎo)體組件設(shè)計(jì)所獲得的改良進(jìn)展,電池技術(shù)則面臨更多的挑戰(zhàn)?,F(xiàn)今廠商不僅要研發(fā)出續(xù)航力超強(qiáng)而且體積又小的電池,最好還能讓電池具備可撓的特性,以搭配各種型態(tài)的穿戴式裝置;而在未來(lái),智能型穿戴式裝置的功能勢(shì)必更加強(qiáng)大,這也意味著裝置內(nèi)含的組件將會(huì)越來(lái)越多,結(jié)果就是耗電量將只會(huì)增不會(huì)減,因此,電池技術(shù)就必需要有重大的突破才能未雨綢繆。
延長(zhǎng)穿戴式裝置的續(xù)航力,除了等待新電池技術(shù)的支持之外,還可以透過(guò)“改變充電的方式”讓使用者“有感”,例如,具備(遠(yuǎn)距)無(wú)線充電功能的穿戴式裝置,就可以在“不必脫下”的情況下隨時(shí)充電,永遠(yuǎn)turnon,但前提是需配合無(wú)線充電發(fā)射器的裝設(shè)位置;若是依照“能量采集”(EnergyHarvesting)的原理,將穿戴者本身產(chǎn)生的動(dòng)能(擺動(dòng)、摩擦)轉(zhuǎn)換成電能來(lái)供電,則可以隨時(shí)隨地將電池充飽,而且也沒(méi)有充電位置的限制,因此,穿戴式裝置就可以全年無(wú)休的為您服務(wù)了。
雖然能量采集的技術(shù)仍在研究階段,但已有令人矚目的突破進(jìn)展,例如,美國(guó)喬治亞理工學(xué)院的王中林教授(Prof.ZhongLinWang)及其團(tuán)隊(duì)利用“摩擦生電效應(yīng)”(TriboelectricEffect),以及“靜電感應(yīng)”(ElectrostaticInduction)原理所設(shè)計(jì)出的摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)(TriboelectricNanogenerator;TENG)就是很好的例子,該團(tuán)隊(duì)在此研究議題上所獲得的成果,已將單位面積發(fā)電密度(AreaPowerDensity)提升到1,200W/m2,能量轉(zhuǎn)換效率(EnergyConversionEfficiency)也高達(dá)50%~80%,所提供的電量甚至可以點(diǎn)亮1,000顆綠光LED組件
“能夠產(chǎn)生大量電荷的輸出取決于摩擦表面的性質(zhì)。在聚合物薄膜的表面上采用奈米材料的圖案增加了片材的接觸面積,產(chǎn)生的電力可以有上千倍的差異”,所以為了增加接觸面積,薄膜表面通常會(huì)設(shè)計(jì)成密布的鋸齒、顆?;蜷L(zhǎng)刷狀等等。
在當(dāng)初開(kāi)始研究TENG時(shí),其目標(biāo)就是為了要對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的小型電子組件提供電源,而研發(fā)至今,已證實(shí)摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)不僅能攫取小尺度的能量,也能收集大規(guī)模的能量,例如流水、雨滴、海浪等等自然能量。
如果摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)的技術(shù)在未來(lái)可以達(dá)到商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn),那么,穿戴者就可以隨時(shí)隨地為自己的裝置充電,而穿戴式裝置就可以不再需要以大顆的電池來(lái)延長(zhǎng)續(xù)航力了。
雖然摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)的技術(shù)發(fā)展,不論是用于人體動(dòng)能采集,或是用于自然風(fēng)雨的能量采集,將繼續(xù)面對(duì)許多務(wù)實(shí)問(wèn)題的挑戰(zhàn),例如材料的穩(wěn)定度、長(zhǎng)期摩擦后的磨損率、高電壓低電流的電源管理技術(shù)、能量?jī)?chǔ)存技術(shù)、封裝、連接或整合至裝置等等問(wèn)題,但不可否認(rèn)的是,我們習(xí)以為常的摩擦生電現(xiàn)象,竟也有如此實(shí)用的潛力,微小的能量匯聚之后也有巨大的用處,未來(lái)還會(huì)發(fā)展到什么樣的境界呢?
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