Vedci z čínskej Ningbo University publikovali v januári 2026 v časopise Scientific Reports výsledky, ktoré posúvajú nositeľnú elektroniku bližšie k snu každého inžiniera: zariadenie, ktoré sa napája samo z pohybov tela, nepotrebuje batériu, dobíjateľný akumulátor ani kábel. Hybridný senzor TEP-WS kombinuje tri fyzikálne javy, trenie, piezoelektrický efekt a elektromagnetickú indukciu do jedného kompaktného zariadenia a zároveň dokáže rozpoznávať gestá s presnosťou nad 95 percent.
Prečo batérie brzdia nositeľnú elektroniku
Smartwatch, fitness náramok, zdravotný monitor srdcového rytmu všetky tieto zariadenia zdieľajú jeden problém: batéria. Je najťažšou, najväčšou a najkratšie žijúcou súčasťou každého nositeľného prístroja. Treba ju nabíjať, vymieňať, recyklovať. V medicínskom implantáte znamená vybitá batéria operáciu. V rehabilitačnom senzore nosenom pacientom pri cvičení znamená prerušenie monitorovania práve vtedy, keď je najdôležitejšie.
Výskumníci preto od začiatku 2010 intenzívne hľadajú spôsoby, ako premeniť pohyb ľudského tela na elektrinu. Ľudské telo je pri chôdzi, ohýbaní kĺbov, dýchaní alebo jednoducho pri tlaku topánky na zem zdrojom stoviek malých mechanických energetických impulzov. Ak ich zachytíte, môžete napájať senzory bez akejkoľvek batérie.
Tri fyzikálne javy v jednom zariadení
Doterajšie pokusy narážali na problém spoľahlivosti: triboelektrické nanogenerátory (TENG) sú citlivé na trenie, no pri iných typoch pohybu generujú málo energie. Piezoelektrické generátory (PEG) reagujú na tlak a ohyb, ale nie na trenie. Elektromagnetické generátory (EMG) fungujú pri rotačných pohyboch, ale sú objemné. Žiaden z nich sám nestačil na pokrytie celého spektra ľudského pohybu.
Tím pod vedením Zhou Shana a Wang Zhuova spojil všetky tri do hybridného systému TEP-WS. Triboelektrický generátor zachytáva trenie medzi medenou guličkou a kaptonovými vrstvami pri pohybe. Piezoelektrické kantileverové ramená s permanentnými magnetmi na voľných koncoch sa ohýbajú pod vplyvom magnetickej sily a generujú elektrinu z tohto ohybu. Elektromagnetický generátor zachytáva bezdotykovú rotačnú energiu. Každý z troch systémov generuje iný typ signálu z iného aspektu pohybu a dohromady pokrývajú prakticky celé spektrum bežnej ľudskej aktivity.
Kondenzátor nabitý za 14 sekúnd – bez batérie
Výsledok je zariadenie, ktoré sa za 14 sekúnd normálnej aktivity dobije natoľko, aby mohlo nepretržite napájať pripojenú elektroniku vrátane bezdrôtového prenosu dát. Senzor dokáže v reálnom čase snímať pohyb kĺbov, rozoznávať gestá rúk aj identifikovať poruchy chôdze charakteristické pre pacientov po cievnej mozgovej príhode alebo s parkinsonovou chorobou.
Na spracovanie dát vedci využili algoritmus Random Forest – metódu strojového učenia, ktorá kombinuje výstupy z viacerých senzorov naraz a klasifikuje ich do kategórií pohybu. Presnosť rozpoznávania gest prekročila 95 percent, detekcia porúch chôdze dosiahla 93,3 percent čo je hodnota porovnateľná s klinickými laboratórnymi systémami, no pri zlomku ich ceny a bez externého napájania.
Rehabilitácia ako primárne využitie
Autori štúdie sa zamerali predovšetkým na rehabilitáciu pacientov po fyzickom zranení alebo neurologickom ochorení. Súčasné rehabilitačné monitorovanie si vyžaduje buď drahé klinické vybavenie, alebo nositeľné senzory s batériami, ktoré pacient musí každý deň nabiť. TEP-WS by mohol fungovať nepretržite po celú dobu rehabilitácie — od prvého dňa po operácii až po návrat k plnej aktivite — bez akéhokoľvek zásahu pacienta alebo terapeuta.
Bezdrôtový prenos dát umožňuje lekárovi sledovať pokrok pacienta na diaľku v reálnom čase. Ak sa chôdza pacienta po týždni cvičenia normalizuje, algoritmus to zachytí a zobrazí v prehľadnom grafe. Ak nastane regresia napríklad po zápalovej epizóde systém to zaznamená automaticky.
Kde sme a čo ešte chýba
Výskum je vo fáze laboratórneho prototypu. Vedci zatiaľ neotestovali zariadenie v dlhodobom klinickom prostredí kľúčovou otázkou zostáva odolnosť materiálov pri intenzívnom každodennom používaní počas mesiacov. Ďalšou výzvou je miniaturizácia: súčasný prototyp je funkčný, no nie dostatočne kompaktný pre všetky typy nositeľných zariadení. Autori predpokladajú, že kombinácia s pokrokmi vo výrobe flexibilnej elektroniky a energeticky úsporných IoT čipov prinesie komerčne použiteľné zariadenia v horizonte 3 až 5 rokov.
Paralélne výskumné skupiny pracujú na podobných prístupoch: tím z MIT Media Lab vyvíja textilné TENG integrované priamo do látky oblečenia, Národná univerzita v Singapure testuje povlaky absorbujúce pot na napájanie senzorových vrstiev a University of Colorado Boulder dokončuje termoelektrický prsteň využívajúci telesné teplo. Spoločný cieľ je rovnaký: elektronika, ktorú telo napája samo.
