機械錶是靠手腕的活動令錶內的擺陀旋轉，達到上鏈的效果，是早期無需電池自動計時而運作的代表。隨著科技發展日益進步，智能手錶的出現成為大眾的生活助理，猶如第二部智能手機，取代了只有單一功能的傳統手錶。綜觀市場上所有的智能手錶，大部分都以內置式充電電池或一次性電池運作。現為香港中文大學機械與自動化工程學系主任廖維新教授跟大部分用家一樣，每天出門前都要戴上手錶，但不久就要脫下來充電。電池續航力不足的問題對他亦造成困擾。
廖維新教授針對以上問題作深入探究並開發以電磁推動電力採集裝置，將手臂擺動產生的動能轉換成電力，有望取代智能手錶內的傳統電池。
微型機械結構新方向
廖教授認為：「智能手錶或手環內的可用空間非常有限，故善用空間是關鍵因素和挑戰。」在機械結構上，典型內置式齒輪和發條無法透過簡單腕部運動，產生足夠能量來長時間支持高耗能的智能手錶；再者，在傳輸的過程中也會導致能量流失。對要依賴智能手錶追蹤健康狀況及數據的人來說，充電時令數據收集中斷或會造成麻煩。
故此，廖維新教授率領團隊在智能手錶有限空間內，利用同軸結構原理，研發三個結構緊密的組件，包括動作捕捉器、升頻器及發電單元，提升並滿足能源效率。當問及為何會想到利用磁性傳動作輸電之用，廖教授說：「磁性齒輪結構是非接觸式，利用有距離的磁場驅動轉子高速轉動，減少物理磨擦及能量消耗。」
磁性傳動通常用於大型工業設備，例如引擎裝置和渦輪機，而運用於手錶上則為首次的精密機械應用，其體積只有5立方厘米。廖教授續說：「磁性升頻器為是此研究的重點設計。肢體擺動頻率非常低，但升頻器能放大捕捉頻率，提高輸出功率，轉廢為能。」根據統計，市場上商用智能手錶或手環的正常能量需求在0.65至1.71mW範圍內。在真實的步行情況下，團隊發現裝置能輸出電量高達1.74mW，其功率性能超過市場上其他同類產品的10倍。在日常生活中，除了走路外，用家還會從事其他產生能量輸出的活動，為了不讓能量白白被浪費掉，裝置更能配合電源管理系統，使設備進入省電模式，延長用電時間並儲存過多的電量以備將來使用。
電源及夢想的續航力
在為智能手錶開發此電力採集系統前，廖教授已在振動控制和減振研究領域上累積了超過20多年的經驗，其團隊並於2018年研發了協助殘疾人士的電動腳踝假肢。不論假肢或智能手錶用家皆面對裝置能量消耗與低能源效率等問題。廖教授因而受到啟發，結合他對振動的研究和人體活動能源源不絕供應能量的特點，用於提升能量輸出。廖教授說：「畢竟，人體動能採電都與振動原理相關，充分利用兩者便能適時應用。」
廖教授最近獲美國機械工程師學會頒發「適應結構與材料系統獎」，以表彰其對科技創新的貢獻與成就，更是首位香港學者獲此榮譽。
在無須充電座的情況下輕鬆擁有永久續航力的智能手錶，可謂實現了科技和健康生活方式的結合。展望未來，團隊希望能將研究商業化並取得成功，讓更多人受惠。電力採集器生產成本低，僅佔智能手錶的一小部分，若能與發展成熟的智能手錶製造商合作，將進一步提高硬件性能，或能以更低的價格推出市場。廖教授笑道：「在未來數月，我們將會有更明確的發展藍圖，待時機成熟時，也不排除自己創業。」就讓我們期待不用再為電池量而煩惱的一天來臨吧！
