“创新日本走访”系列介绍那些以实际应用于社会一线为目标的研发现场。第32回采访的是东京大学研究生院工学系研究科的高桥亮特任助教，他正在开发一种能够对可穿戴器件和传感器进行无线供电与通信的服装。还成功开发出了指环型无线鼠标，未来的目标是搭建服装型生物数据通信基础设施，实现健康数据的无线采集。
采访、拍摄协助：东京大学柏校区
高桥 亮
东京大学 研究生院工学系研究科 特任助教
2021～2025年度ACT-X研究者
利用液态金属和蛇形线圈
确保安全性的同时实现高效输电
东京大学柏校区（千叶县柏市）位于距离筑波快线柏之叶校园站搭乘巴士约10分钟之处。走进东京大学研究生院工学系研究科高桥亮特任助教的实验室，可见3D打印机正在工作，空气中弥漫着塑料熔融特有的气味，充满了研发制造新产品的实验室氛围。
高桥正在开发一种将线圈编织进衣物中、能够进行无线供电和通信的服装，并在此基础上开发各类无线通信器件。对于智能手表等可穿戴器件，人们往往希望电池小型轻量化又希望长时间使用，而来自服装的供电有可能满足这一需求。将来，他还希望开发用于实现只需贴在皮肤上即可测量血压和可视化血流的片状器件的无线供电与通信技术。
高桥在学生时代曾在机器人社团负责机器人控制，因希望从事制造类研究，便报考了工学研究科川原圭博教授的研究室。在那里，他了解到了无需连接线缆即可传输电力的无线供电技术。当时，虽然有塑料制成的无线供电片，可贴在夹克内衬上。但高桥回忆说“塑料与服装不协调，难以融为一体，所以我一直想将其内置进布料中”。
利用线圈是无线供电与通信的实现方式之一。其原理为：向发射端线圈接通电源后会产生磁场，接收端线圈受磁场作用进而产生电流。然而，如果制作衣物尺寸的大型线圈，产生的磁场强度过高，可能对人体内部造成不良影响。从安全角度出发，供电功率上限仅数毫瓦，且范围也仅限人体总面积的约5%。
为此，高桥想到了改良线圈绕制的方式。一般的线圈是按同一方向连续缠绕。与此不同，通过采用每绕数圈就改变方向的“蛇形线圈”（Meander Coil），可以使线圈中心处的磁场相互抵消，从而不干扰人体，并将磁场限制在衣物极近的范围内（图1左）。
图1 （左）按同一方向连续缠绕的线圈（A），内部会产生强磁场（绿色部分），可能对人体产生不良影响。与之相对，每绕数圈改变缠绕方向的蛇形线圈（B），磁场仅产生在线圈周边的一部分区域；（右）无线供电与通信服装的试制品。右侧服装采用将蛇形线圈分割为两部分的构造，可实现高效通信。
此外，通过持续改良设计线圈内部材料，采用常温下呈液态的合金（图2），高桥团队在保持安全性的同时，实现了在覆盖人体约70%区域的范围内实现2.5W无线供电的服装。同时，还开发出将蛇形线圈分割为两部分，即使人在活动也能稳定供电和通信的方法。即便使用电力损耗较大的市售导电纱线，依旧能够向NFC（近场无线通信）传感器标签稳定供电，实现抗干扰、低功耗通信。
图2 （左）称为镓铟锡合金（Galinstan）的镓、铟、锡的共晶合金，在常温下也为液态的金属。（右）可封入硅胶软管制成导电纱线。
无需电池的指环型鼠标
自由操控AR眼镜
高桥接下来推进的是指环型输入器件。他此前曾与Meta和Microsoft开展联合研发，设想将指环型鼠标作为AR（增强现实）眼镜的操作器件，AR眼镜可将数字信息叠加显示在现实风景中。然而，指环尺寸小，可搭载的电池容量有限，若通过蓝牙等持续向AR眼镜实时发送操作数据，电量很快就会耗尽。即便由佩戴在距离指环最近位置的手腕上的腕带式器件进行无线供电，腕带与指环之间的距离仍超过10厘米，无线供电的效率不足1%。
于是，高桥的目标是不向指环输送电能，改为仅接收指环的操作信号。他最先开发出仅支持点击操作的指环型器件。“点击是物理开关操作。我们将其设计为：在执行点击操作时，无需电源即可改变指环内部线圈的谐振频率，腕带型器件接收该频率变化，从而使指环型器件无需电池。”他利用全身无线供电与通信服装研究中积累的技术设计出高灵敏度线圈，开发出了“无电池”的指环型器件。
为了使其不仅能够点击，还能作为鼠标进行操作，高桥在无电池指环型器件的基础上，
又开发了搭载轨迹球和电池的鼠标“picoRing mouse”（图3）。
图3 指环型器件“picoRing mouse”佩戴于食指，通过拇指转动或按压轨迹球完成操作。轨迹球的信息被发送至腕带型器件，并转化为AR眼镜画面内光标移动。
这款被称为“picoRing mouse”的指环型鼠标搭载有电池，通过实现低功耗通信，一次充满电可驱动一个月以上。高桥畅想落地应用的未来时表示：“我希望在电车或飞机内等智能手机屏幕太小无法操作的地方，也能通过AR眼镜和指环型器件顺畅地进行操作。”
贴附皮肤获取体内数据
迈向无需刻意操作即可利用的未来
在这些成果的基础上，高桥仍在持续探索挑战中。从2025年起，作为JST“先驱计划”研究员，他致力于开发通过即使剧烈运动也不会脱落的片状器件测量人体动作的“皮肤器件” （Skin Device）的无线供电与通信技术。他满怀信心地表示：“我们希望能够实现在运动分析等户外剧烈活动场景下稳定采集生物数据。”该技术不仅可用于人，也可以贴在机器人上，例如可能用于验证重现厨师动作的烹饪机器人的动作。
此外，同样自2025年起，高桥以合作研究者身份参与了JST CRONOS项目，致力于研发可对皮下血流等信息进行成像的薄膜式“皮肤成像仪”（Skin Imager）所需的大容量数据通信与供电技术。人们期待通过采集血压等体内数据，捕捉疾病的前兆。他谈及该研究不同于以往的难点时表示：“想要获取血流信息，需要将器件贴附在皮肤多处，并同步各项测量数据。”
以无线供电与通信服装为核心，人们穿戴各类传感器与器件，持续无感采集并运用生物信息。朝着这样的未来，高桥的研发工作仍在继续推进着。
（TEXT：岛田祥辅、PHOTO：岛本绘梨佳）
原文：JSTnews 2026年8月号
翻译：JST客观日本编辑部
