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用皮肤和外界温差给可穿戴设备供电,设计大奖让大学生脑洞大开
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用皮肤和外界温差给可穿戴设备供电,设计大奖让大学生脑洞大开

2020-09-21 14:57:02 来源:上观新闻 点击:386

【大比特导读】上海交通大学设计学院学生周天宇设计的“FIST FIX”获得亚军,它通过游戏交互与手部监测,帮助脑卒中患者减少手部康复的枯燥感,同时提升评估频率。

2020戴森设计大奖中国大陆评选最近揭晓,重庆大学学生团队设计、研发的“Start Now一触即发”夺得冠军,上海交通大学学生设计的软硬件作品“FIST FIX”获得亚军。这项国际性设计与工程大奖旨在培养、嘉奖新一代的设计工程师,要求工程、设计专业的大学生和新近毕业生针对某个特定问题设计解决方案。

这项设计大奖在全球27个国家和地区进行评选,各个赛区的入围者可以晋级国际赛,角逐国际大奖冠军、亚军和可持续发展奖。今年中国大陆赛区共收到300多件创新发明作品,作品数量在27个参赛国家和地区中排名第一。

在300多项作品中,重庆大学计算机专业学生刘森昊及其团队设计、研发的“Start Now一触即发”凭借独特的创新性和可持续性脱颖而出,夺得冠军。他们设想利用人体与外界温差发电,解决可穿戴设备的供电问题。获奖作品是一款新型柔性温差发电器,能够自行充电、高效发电,有望长时间续航,大幅节省设备功耗。“与相关技术相比,这种设备的单位功率成本降低了51.56%,也降低了一次性电池带来的环境污染。”刘森昊说。

穿戴设备

谈及设计这件作品的缘起,刘森昊表示,全球可穿戴设备使用量逐年攀升,《全球可穿戴设备季度跟踪报告》显示,2020年第一季度就出货7260万台。随之而来的是,占市场主流地位的锂电池生产量和使用量也在骤增,但仍无法解决可穿戴设备内置电池容量小、续航能力差、需频繁更换等问题,尤其是助听器、人工耳蜗等一些需长时间工作的小型设备。如何让可穿戴设备获得源源不断的电流?重庆大学团队想到了人体生物能,希望用它为设备持续性供电,解决残障人士、老幼群体、运动爱好者等目标受众遇到的问题。

他们利用塞贝克效应——热源和冷源之间形成温差,使n型和p型锑化铋中的载流子发生定向迁移现象,当加上外电阻(即电子设备)时,就会形成回路、产生电流。根据这个科学原理,他们将温差发电器放置在人体皮肤(热端)和环境形成的外界冷空气(冷端)之间,从而产生连续的电功率输出,进而给设备进行供电。为了给人工耳蜗持续供电,学生们选择温感较为明显又靠近耳部的肩胛骨位置,设计了一款能够紧密贴合肩胛骨的发电产品。

“这项设计关注到社会对可穿戴设备使用需求的增加以及使用过程中的实际问题,也综合考虑了续航、安全、环保等各方面因素。”同济大学设计创意学院院长娄永琪教授评价道。浙江大学工业设计系主任柴春雷教授认为,从这件作品中可以看出,学生在“解决问题”方面做出了很大努力,不仅将技术和设计融合,更是提出了很有意义的解决方案。

上海交通大学设计学院学生周天宇设计的“FIST FIX”获得亚军,它通过游戏交互与手部监测,帮助脑卒中患者减少手部康复的枯燥感,同时提升评估频率。这也是一件旨在解决问题的作品。周天宇调研发现,脑卒中造成的上肢功能障碍是对患者重返社会影响最大的因素,而国内一些医院的康复科在治疗中存在设备适配差、患者康复体验不佳、康复反馈间隔长等问题。针对这些问题,他想出了使用手部监测设备加交互游戏的软硬结合方案。

硬件方面,他设计了5个电位器、HC-08蓝牙、陀螺仪等组成的无线手部检测设备,外观像一只皮手套,供康复患者使用。戴上“手套”后,就能用它来做具有康复功能的各种电子游戏了。如“捏柠檬”游戏,训练的是患者的握力,如果握力达标,屏幕上的柠檬就会被捏碎;又如“弹钢琴”游戏,训练的是患者手指的灵活度。游戏软件后台每天会记录患者手部运动的最大幅度、运动次数等数据,让他们看到康复进展,增强信心,也能让医护人员了解患者康复进展,以便及时改进诊疗方案。

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