文章导读
电池笨重、频繁更换，以及通信与供能难以兼顾，正限制可穿戴传感网络走向真正无束缚的人机交互。清华大学深圳国际研究生院团队通过数字刺绣将液态金属纤维织入服装，构建电磁超材料织物，同时支持13.56 MHz近场能量传输和2.4 GHz蓝牙通信，在极低功耗下让数据吞吐量提升37.8倍、无线供能效率提高1倍，并在运动、机器人遥操作、虚拟现实等场景验证稳定性。这条无需电池的路径，如何让手机成为身体各处传感器的供能与通信枢纽？
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人机交互技术正在深刻改变机器人、医疗健康与沉浸式计算等领域，而实现无束缚、无缝、连续的交互体验离不开可穿戴传感器网络的支撑。然而，现有无线可穿戴传感器网络普遍面临两大瓶颈：一是分布式传感器依赖笨重的电池供电，增加佩戴负担且需频繁更换；二是无线通信效率低下，难以同时满足高速数据传输与高效能量供给。这些问题制约了可穿戴传感网络向真正无束缚人机交互方向的发展。
如何摆脱电池与线缆对人机交互设备的束缚，实现更加自由、自然的人机交互？近日，清华大学深圳国际研究生院助理教授田曦、副教授丁文伯与合作者研发了一种无线无源可穿戴传感网络，为构建无束缚、持续运行的人机交互系统提供了新的技术路径。该研究团队通过数字刺绣工艺，将液态金属纤维织入服装，构建出特殊设计的导电图案，形成具有超宽带无线传输特性的电磁超材料织物。由此构成的可穿戴织物网络可同时支持13.56 MHz近场能量与2.4 GHz蓝牙通信的无线传输，能够实现在极低的系统功耗下将数据吞吐量提升37.8倍、无线供能效率提高1倍。穿戴后，智能手机即可作为无线供能与通信的中心枢纽，向分布在身体各处的无源传感器传输能量，并同步采集多模态无线信号。
图1.电磁超材料赋能无线无源体域传感网络的工作原理与系统架构
图2.无源传感器节点
研究团队还同时验证了该无线无源体域传感网络在运动状态下的稳定性，并在机器人遥操作、虚拟现实和人体数字孪生等场景中展示了直观、无束缚的人机交互能力。
图3.无束缚体域传感网络在虚拟现实中的交互应用
研究成果以“面向无束缚人机交互的超材料赋能无线无源体域传感网络”（Metamaterial-enabled battery-free wireless sensor networks for unencumbered human-machine interactions）为题，于9月14日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
清华大学深圳国际研究生院2025级博士研究生张祎萌、何丰蔓为论文共同第一作者。清华大学深圳国际研究生院助理教授田曦、副教授丁文伯以及深圳北理莫斯科大学副教授何田依依、教授胡希平为共同通讯作者。
研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技计划等支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-77600-2
供稿：深圳国际研究生院
编辑：李华山 隋雪纯
审核：王晓霞
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