A viselhető eszközöknél elég nagy kihívást jelent a megfelelő tápellátás biztosítása, ehhez ugyanis többnyire megfelelő kapacitású akkumulátorra van szükség, ami növeli az eszköz tömegét és méretét, illetve szükségessé teszi azt is, hogy bizonyos időközönként töltést kapjon az energiaforrás.
A viselhető eszközök alternatív táplálásával kapcsolatban már régóta folynak kutatások, többek között a test hőenergiájából is próbáltak már elegendő teljesítményt nyerni ahhoz, hogy a kisebb fogyasztású eszközök működését biztosítsák, illetve egyéb területeken is folynak már kutatások. Az egyik kutatás a Power-over-Skin névre keresztelt technológia köré csoportosul, amelynek előnye az, hogy egy, az emberi testhez illeszkedő akkumulátor révén energiát juttatnak a viselhető eszközökhöz, az energiatovábbítás médiuma pedig maga az emberi test, pontosabban annak bőre.
Ahogy az egyes szenzorok és elektronikai komponensek egyre inkább fejlődnek, egyre modernebb technológiákat használnak, illetve egyre modernebb csíkszélességgel készülnek, az energiaigényük is csökkenhet, ezáltal egyre inkább ki lehet szolgálni őket alternatív energiavételezéssel. Ez történhet a kezek mozgása vagy a lépések által generált energiából, de olyan kutatások is folynak, amelyek keretén belül a test hőjéből nyert energiával próbálják a viselhető eszközök tápellátását biztosítani, sőt, egyéb irányokba is elindultak már a kutatók, ahogy az ebből a korábbi tanulmányból is kiderül.
Az említett alternatívák mellé egy újabb is érkezett, hála a Carnegie Mellon University kutatócsapatának, akik nem-invazív módozatokat kerestek a viselhető eszközök energiaigényének alternatív kiszolgálására. Fontos azonban kiemelni, hogy ez a technológia merőben eltér a fentiektől, hiszen csak annyit tesz, hogy a klasszikus akkumulátort az emberi testhez illeszti, nem-invazív módon, kapacitívan, majd a szükséges árammennyiség a bőrön keresztül érkezik meg a viselhető eszköz vevőjéhez.
Ennek kivitelezéséhez egy övszerű energianyerő eszköz viselésére van szükség, ami az emberi test bőrét használja arra, hogy a szükséges teljesítményt a viselhető eszköz számára elérhetővé tegye a bőrfelületen keresztül (Power-over-Skin). Az öv helyett persze egyéb energiatovábbító eszközöket is lehet használni, amelyek akár ruhán keresztül is érintkezhetnek a bőrrel, ahogy az a fenti példákon látható. Az energiatovábbítás a 40 MHz-es rádiófrekvenciás tartományon belül történik, az így létrejövő teljesítmény pedig sokféle eszköz működtetésére elegendő. A tanulmány szerint azért ezt a frekvenciatartományt választották, mert például a 6 GHz körüli frekvenciatartomány sérüléseket okozhatna a szövetekben az általa okozott hőtermelődés révén, míg az alacsonyabb frekvenciatartományok, például a 100 kHz alatti frekvenciák jellemzően érezhető hatást tudnak gyakorolni az idegekre és az izomszövetre, például aktiválhatják az izmokat és akár végtagzsibbadást is okozhatnak.
A jelenlegi ICNIRP 2020 irányelvek szerint a teljes testet érintő maximális áramerősség 45 mA lehet. Ezt a szintet természetesen meg sem közelítették a kutatók, sőt, igazából 17 milliamperben határozták meg a felső szintet, amit egy speciális áramkör segítségével állítanak elő, ez figyeli az emberi test bőrének ellenállását is. Ezzel együtt az is meg van határozva, kilogrammonként mekkora maximális SAR értéknek lehet kitenni egy emberi testet. A SAR, vagyis a Specific Energy Absorption Rate azt mutatja meg, mennyi energiát nyelhet el az emberi test károsodás nélkül, ennek mértékét pedig W/kg-ban határozzák meg. Az aktuális irányelvek szerint az engedélyezett teljes testes átlagos SAR érték 80 mW/kg lehet nagy általánosságban a 100 kHz és 6 GHz közötti frekvenciatartományon belül, ami maximum 0,1 Celsius fokos testhőmérséklet emelkedést okozhat. Ennek értelmében a teljes testre érvényes terhelés egy átlagos nő esetében, aki 62 kg-os testtömeggel rendelkezik, maximum 4,96 W lehet. A kutatók szerint ezt az értéket egyetlen adójukkal sem közelítették meg, ahogy az a lentiekből is kiderül.
A kutatók készítettek például egy apró, okosgyűrűre emlékeztető egységet, ami a Power-over-Skin technológia jóvoltából megbízhatóan működött, saját energianyerő hardver segítségével, ami az emberi test bőre által továbbított áramot vette igénybe, és arra lehetett használni, hogy a kijelzőn megjelenő tartalmat irányítsa vele a felhasználó, mindezt Bluetooth kapcsolaton keresztül.
Az újítás ezzel együtt olyan viselhető szenzorok táplálására is használható, amelyekkel figyelni lehet a különböző élettani paramétereket, akár hosszabb időn át, méghozzá anélkül, hogy a szenzort le kéne venni a bőrről egy akkumulátortöltés idejére. A vevőegység a kapacitív jellege miatt gyakorlatilag akárhol viselhető, még ruházaton keresztül is működhet, ami sok lehetőség előtt nyitja meg a kapukat. A kutatók egy módosított számológéppel is tesztelték az újítást, ami a tenyérrel érintkezve nyert energiát a bőrön keresztül továbbított töltésekből.
A kutatók ezzel együtt egy olyan kis eszközt is készítettek, ami a napsugárzásnak való kitettséget monitorozta és még egy apró kijelzővel is rendelkezett – ezt is el lehetett látni energiával a Power-over-Skin koncepción keresztül. Mivel ezzel a módszerrel az energia hatékonyan és gyorsan továbbítható az adott eszközhöz, így hatékonyan működtethetőek általa a különböző viselhető kütyük, ehhez pedig lényegében arra sincs szükség, hogy az apró viselhető eszközök akkumulátort kapjanak. Utóbbi azért fontos szempont, mert így könnyebb és vékonyabb viselhető eszközök készülhetnek, valamint az újítás abban is segíthetne, hogy az iparág ne függjön annyira az akkumulátorgyártáshoz szükséges ritkaföldfémektől, mint manapság.
Arra egyelőre nem tértek ki a kutatások, okoz-e bármiféle negatív mellékhatást az emberi test bőrének vezetőként történő használata, ám mivel ez egy rendkívül komplex terület, a lehetséges negatív hatások vizsgálatához több időre lesz szükség. Ráadásul előfordulhat az is, hogy a negatív hatások csak hosszabb távú használat után jelentkeznek majd, és szerteágazó problémákat okoznak, amelyek egyénenként változhatnak.
A kutatók arra is kitértek, hogy az emberi testet már korábban is használták egyes eszközök az energianyerésre, szerintük ilyenek például az „önfelhúzó” karóra-mechanikák, amelyek a kar mozgásának hatására tudták felhúzni a működésüket biztosító rugót. Ezeket aztán leváltották a pontosabban működő, olcsóbban elérhető kvarcórák, amelyek már akkumulátort vagy elemet használtak a működésükhöz, most pedig egy újabb technológia van születőben a Power-over-Skin formájában, ami az emberi test bőrét vezetőként veszi igénybe.
A munka során azt is vizsgálták, hogyan hat a teljesítményre az, hogy az energianyerő vevőeszközt és az abból energiát kapó viselhető eszközt a test mely területére helyezik, illetve az eszközök közötti távolságokat is variálták a kísérletek során. Minden adóegységet hat helyen próbáltak ki: a mellkason, a jobb bokán, a jobb és bal bicepszen, illetve a nyak hátsó részén és a bal mutatóujjon. A legnagyobb teljesítményt természetesen akkor sikerült elérni, amikor az energianyerő eszköz és a viselhető eszköz között a legkisebb távolságot mérték: ekkor 1,53 mW volt a teljesítmény. A legkisebb mért érték a legnagyobb távolság esetén mutatkozott, ez mindössze 5,3 μW volt. Az eredményeket alighanem a ruházat is befolyásolta, ám erre nem tértek ki.
A kutatás eredményei mindenképpen impresszívek, hiszen megint egy lépéssel közelebb visznek az akkumulátormentes viselhető eszközök korához, ugyanakkor nagy körültekintést is igényel egy efféle technológia, hiszen az emberi test egy rendkívül bonyolult rendszert alkot, amelynek pontos működésével kapcsolatban még nem teljes a kép. Ha ebbe a precíz rendszerbe bármilyen szinten beavatkoznak, annak előbb utóbb hatásai lehetnek a különböző élettani folyamatokra is, azaz mindenképpen további vizsgálatokat igényel a téma. A technológiával kapcsolatos kutatások természetesen tovább folytatódnak majd, hiszen az efféle újításokat érdemes alaposan körül járni, mielőtt szélesebb körben is bevetik őket.