首尔国立大学(SNU)电气与计算机工程系的Jerald Yoo教授领导的研究团队开发了一种名为"SkinECG"的皮肤贴合式可穿戴健康监测系统，该系统无需电池即可测量心电图(ECG)信号。通过将能量收集技术与人体耦合电力传输相结合，这项研究为可穿戴设备中最关键的挑战之一——电源供应问题，提出了新的解决方案。
研究结果于5月1日(当地时间)发表在《科学进展》(Science Advances)期刊上，该期刊由美国科学促进会(AAAS)出版。
可穿戴健康监测系统正作为下一代医疗技术迅速发展，它通过佩戴在身体上的传感器实现实时监测生理信号，有助于早期发现与疾病相关的异常情况。一个典型的例子是心电图(ECG)传感器，它测量心脏产生的电信号，对于检测心律失常等心血管疾病至关重要。
然而，可穿戴设备的商业化和长期使用面临一个主要障碍：电池。电池增加了设备的体积和重量，降低了佩戴舒适性，一旦耗尽，还会中断生理信号的收集。此外，定期充电和更换电池给用户带来不便，使得持续的长期健康监测变得困难。
为克服这一挑战，研究人员已探索了将环境能源(如光能、热能和运动能)转化为电能的能量收集技术。然而，一个根本性限制仍然存在：收集能量的最佳位置通常与测量生理信号的最佳位置不一致。
例如，ECG传感器通常放置在胸部，而太阳能电池在暴露于阳光下的身体部位(如手臂或腿部)工作效果最佳。这造成了研究团队称之为"位置错配"的问题：收集能量的最佳位置通常与测量生物信号的最佳位置不同。
为克服这种位置错配，Yoo教授团队提出了一种新型电源架构，能够将一个或多个佩戴在身体上的能量收集装置产生的能量无线传输到远程ECG传感器。所开发的SkinECG系统由一个集成了柔性电路板和定制设计的ECG传感半导体芯片的皮肤粘附性水胶体贴片组成，以及一个将从多个设备收集的能量传输到传感器的多源无线电源网络。该技术在研究中被称为正交能量收集网络(O-EHN)。
一个或多个能量收集单元将环境能量转换为电能，然后通过人体耦合电力传输无线传输到安装在胸部的ECG传感器。通过以正交频率传输电力，收集器减少了电力信号之间的干扰，使其数量和位置可以灵活调整，同时保持向ECG传感器稳定供电。
传统的无线电力传输方法依赖于通过空气的电磁辐射。然而，在人体附近，电磁波通常被吸收或散射，导致电力传输效率显著下降。为克服这一限制，Yoo教授团队采取了不同的方法：不是远距离辐射电力，而是沿着皮肤表面引导电力。使用人体耦合电力传输，该团队无需电线即可将电力从身体上的能量收集器直接无线传输到ECG传感器。为防止多个电源之间的干扰，每个收集器被分配了一个不同的频率通道，确保传感器处的稳定电力接收。
该系统在设计时也考虑了人类安全。耦合到人体的电力保持在与日常环境中周围电磁环境暴露相当的水平，确保了人类使用的安全性。研究人员证明，ECG传感器可以仅通过能量收集来供电，无需电池或有线连接。该系统还减少了对能量收集器数量和位置的限制，并与现有的商用能量收集技术兼容，表明其在各种可穿戴健康监测设备中具有巨大的扩展潜力。
这项技术不仅可以应用于ECG监测，还可以用于其他生理信号的长期测量，如肌电图(EMG)和脑电图(EEG)。此外，它有望作为解决可穿戴电子设备和植入式医疗设备电源供应挑战的基础解决方案。
Jerald Yoo教授解释说："在可穿戴健康监测系统中，一直存在一个根本性限制，即收集环境能量的最佳位置与测量生理信号的最佳位置不同。这项研究通过实现沿人体表面的无线电力传输解决了这一问题。"他补充道："通过将耦合到人体的电力限制在日常生活中遇到的水平，我们在考虑人类安全的同时，展示了无需笨重电池即可向ECG传感器稳定供电的能力。这种方法可以扩展到能够操作各种生物信号传感器(如EMG和EEG)的多模态数字健康平台，以及更广泛的可穿戴电源技术。"
这项研究是由首尔国立大学Yoo教授团队主导的国际合作项目，东京大学和新加坡国立大学也参与其中。研究团队预计，这些成果将标志着解决下一代可穿戴健康监测系统电源供应挑战的重要一步。
论文的共同第一作者是Zhuoyue Li博士和Joanne Si Ying Tan博士。Tan博士在Yoo教授指导下，从新加坡国立大学电气与计算机工程系获得博士学位。Li博士于2026年2月在同一系获得博士学位，导师为Yoo教授(联合指导)，目前是首尔国立大学的访问研究员。共同作者Kyung-Soo Park、Donghan Kim和Gwangjin Kim是在SNU攻读本硕博连读项目的博士生，他们在Yoo教授团队中从事体域网络(BAN)领域的研究。
本研究得到了韩国国家研究项目(前中年研究计划类型2，RS-2024-00339998)的支持。
□ 禁止提前发布：在美东时间2026年5月1日(星期五)下午2:00前不得发布。
□ 首尔国立大学工程学院简介
首尔国立大学(SNU)成立于1946年，是韩国第一所国立大学。SNU工程学院一直不懈努力实现"为全球产业和社会培养领导者"的目标。在12个系中，323名国际公认的全职教授引领着韩国尖端技术的发展，并作为国际发展的驱动力。
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