衣服を通信および給電のインフラとし、多数のウェアラブル機器をバッテリーの制約から解放する技術は、将来のヘルスケアやヒューマンマシンインタラクションにおいて極めて重要である。
しかし、従来のテキスタイルコイルを用いた給電方式では、大面積化に伴い磁界が人体深部組織へ浸透してしまうため、安全性と伝送効率の両立が困難であった。
本研究は、人体への電磁界曝露を最小限に抑えつつ、全身に分散したデバイスへ効率的に電力およびデータを供給可能なネットワークの実現を目指す。
この課題に対し、メアンダ（蛇行）構造を有するテキスタイルコイルを用いたシステムを構築した。本構造は、強い磁界を皮膚表面近傍に局所的に閉じ込めることで深部組織への干渉を回避するとともに、周囲の無線空間との高いアイソレーションにより優れたノイズ耐性を発揮する。これにより、安全かつ高効率な無線通信・給電が可能となった。
本成果は、電子皮膚などの次世代デバイスを日常生活で半永続的に駆動させる基盤となり、高度な身体計測やAR体験を支える核心技術となる。
Turning clothing into an infrastructure for communication and power supply to enable the continuous, battery-free operation of numerous wearable devices is vital for the future of healthcare and human-machine interaction. However, conventional wireless power transfer methods using textile coils face a challenge: large coils cause magnetic fields to penetrate deep into human tissues, making it difficult to balance safety with transmission efficiency. This study aims to realize a network capable of efficiently supplying power and data to devices distributed across the whole body while minimizing electromagnetic exposure to the human body. To address this issue, we developed a system utilizing meander coils with a zig-zag structure. This design locally confines strong magnetic fields to the skin surface, thereby preventing exposure to deep tissues. Furthermore, because the system is physically isolated from the ambient wireless environment, it achieves high noise immunity, enabling safe and efficient wireless communication. These results provide a foundation for the semi-permanent daily use of next-generation devices such as electronic skins, serving as a key technology to support advanced physiological sensing and augmented reality (AR) experiences.
Ryo Takahashi, Takashi Sato, Wakako Yukita, Changyo Han, John S. Ho, Eiji Iwase, Junya Kurumida, Akihito Noda, Tomoyuki Yokota, Takao Someya, Yoshihiro Kawahara
関連論文/Related Publications
Y. Li, R. Takahashi, W. Yukita, K. Matsutani, C. Caremel, Y. Iwamoto, S. Lee, T. Yokota, T. Someya and Y. Kawahara, “Plug-n-play e-knit: prototyping large-area e-textiles using machine-knitted magnetically-repositionable sensor networks,” Proc. of TEI 2025, Article No. 56, Pages 1 – 7, Bordeaux, France, March 2025.
T. Sato, S. Watanabe, R. Takahashi, W. Yukita, T. Yokota, T. Someya, Y. Kawahara, E. Iwase, and J. Kurumida, “Friction Jointing of Distributed Rigid Capacitors to Stretchable Liquid Metal Coil for Full-Body Wireless Charging Clothing,” IEEE MEMS 2025, pp. 181-184, Taiwan, Jan. 2025.
佐藤 峻, 渡邉 慎人, 高橋 亮, 川原 圭博, 岩瀬 英治, 来見田 淳也, “全身無線給電服に向けた分散コンデンサ付き液体金属メアンダ配線の検討,” 第15 回マイクロ・ナノ工学シンポジウム, マイクロナノシステム, Nov. 2024 (優秀講演論文).
高橋 亮, 野田 聡人, 韓 燦教, 横田 知之, 染谷 隆夫, 川原 圭博,” [ポスター講演]医療デジタルツインの実現に向けた全身無線通信・給電服の設計,” 超知性ネットワーキングに関する分野横断型研究会(RISING), 41, Nov. 2024.
高橋 亮, 野田 聡人, 韓 燦教, 横田 知之, 染谷 隆夫, 川原 圭博,”[ポスター講演]医療デジタルツインの実現に向けた全身無線通信・給電服の設計,” 革新的無線通信技術に関する横断型研究会(MIKA2024), 80, Oct. 2024.
高橋 亮,” 【招待講演】ウェアラブルデバイスとロボットのための大面積・高効率なワイヤレス給電服,” 第42回日本ロボット学会学術講演会, 1C2-01, 大阪, 日本, Sept. 2024 (招待講演).
R. Takahashi, T. Sato, W. Yukita, T. Yokota, T. Someya, E. Iwase, and Y. Kawahara, “Body-scale wireless charging via meandered textile coil for continuous full-body electric skin,” The 7th event of THE YOUNG RESEARCHERS SOCIETY FOR FLEXIBLE AND STRETCHABLE ELECTRONICS, Osaka, Japan, May 2024 (FSE Best Poster Presentation Award).
R. Takahashi, W. Yukita, T. Yokota, T. Someya, and Y. Kawahara, “Meander Coil++: A Body-scale Wireless Power Transmission using Safe-to-body and Energy-efficient Transmitter Coil,” Proceedings of the 2022 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (ACM CHI’22), Article No.: 390, Pages 1-12, New Orleans, LA, USA, April 2022 (Best Paper Award).
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