「創新日本走訪」系列介紹那些以實際應用於社會一線為目標的研發現場。第32回採訪的是東京大學研究生院工學系研究科的高橋亮特任助教，他正在開發一種能夠對可穿戴元件和感測器進行無線供電與通信的服裝。還成功開發出了指環型無線滑鼠，未來的目標是搭建服裝型生物數據通訊基礎設施，實現健康數據的無線採集。
採訪、拍攝協助：東京大學柏校區
高橋 亮
東京大學 研究生院工學系研究科 特任助教
2021～2025年度ACT-X研究者
利用液態金屬和蛇形線圈
確保安全性的同時實現高效輸電
東京大學柏校區（千葉縣柏市）位於距離筑波快線柏之葉校園站搭乘巴士約10分鐘之處。走進東京大學研究生院工學系研究科高橋亮特任助教的實驗室，可見3D列印機正在工作，空氣中瀰漫著塑膠熔融特有的氣味，充滿了研發製造新產品的實驗室氛圍。
高橋正在開發一種將線圈編織進衣物中、能夠進行無線供電和通信的服裝，並在此基礎上開發各類無線通信元件。對於智慧手錶等可穿戴元件，人們往往希望電池小型輕量化又希望長時間使用，而來自服裝的供電有可能滿足這一需求。將來，他還希望開發用於實現只需貼在皮膚上即可測量血壓和視覺化血流的片狀元件的無線供電與通信技術。
高橋在學生時代曾在機器人社團負責機器人控制，因希望從事製造類研究，便報考了工學研究科川原圭博教授的研究室。在那裡，他瞭解到了無需連接纜線即可傳輸電力的無線供電技術。當時，雖然有塑膠製成的無線供電片，可貼在夾克內襯上。但高橋回憶說「塑膠與服裝不協調，難以融為一體，所以我一直想將其內置進布料中」。
利用線圈是無線供電與通信的實現方式之一。其原理為：向發射端線圈接通電源後會產生磁場，接收端線圈受磁場作用進而產生電流。然而，如果製作衣物尺寸的大型線圈，產生的磁場強度過高，可能對人體內部造成不良影響。從安全角度出發，供電功率上限僅數毫瓦，且範圍也僅限人體總面積的約5%。
為此，高橋想到了改良線圈繞制的方式。一般的線圈是按同一方向連續纏繞。與此不同，通過採用每繞數圈就改變方向的「蛇形線圈」（Meander Coil），可以使線圈中心處的磁場相互抵消，從而不干擾人體，並將磁場限制在衣物極近的範圍內（圖1左）。
圖1 （左）按同一方向連續纏繞的線圈（A），內部會產生強磁場（綠色部分），可能對人體產生不良影響。與之相對，每繞數圈改變纏繞方向的蛇形線圈（B），磁場僅產生在線圈周邊的一部分區域；（右）無線供電與通信服裝的試製品。右側服裝採用將蛇形線圈分割為兩部分的構造，可實現高效通信。
此外，通過持續改良設計線圈內部材料，採用常溫下呈液態的合金（圖2），高橋團隊在保持安全性的同時，實現了在覆蓋人體約70%區域的範圍內實現2.5W無線供電的服裝。同時，還開發出將蛇形線圈分割為兩部分，即使人在活動也能穩定供電和通信的方法。即便使用電力損耗較大的市售導電紗線，依舊能夠向NFC（近場無線通信）感測器標籤穩定供電，實現抗干擾、低功耗通信。
圖2 （左）稱為鎵銦錫合金（Galinstan）的鎵、銦、錫的共晶合金，在常溫下也為液態的金屬。（右）可封入矽膠軟管製成導電紗線。
無需電池的指環型滑鼠
自由操控AR眼鏡
高橋接下來推進的是指環型輸入元件。他此前曾與Meta和Microsoft開展聯合研發，設想將指環型滑鼠作為AR（增強現實）眼鏡的操作元件，AR眼鏡可將數字資訊疊加顯示在現實風景中。然而，指環尺寸小，可搭載的電池容量有限，若通過藍牙等持續向AR眼鏡即時發送操作數據，電能很快就會耗盡。即便由佩戴在距離指環最近位置的手腕上的腕帶式元件進行無線供電，腕帶與指環之間的距離仍超過10厘米，無線供電的效率不足1%。
於是，高橋的目標是不向指環輸送電能，改為僅接收指環的操作信號。他最先開發出僅支持點擊操作的指環型元件。「點擊是物理開關操作。我們將其設計為：在執行點擊操作時，無需電源即可改變指環內部線圈的諧振頻率，腕帶型元件接收該頻率變化，從而使指環型元件無需電池。」他利用全身無線供電與通信服裝研究中積累的技術設計出高靈敏度線圈，開發出了「無電池」的指環型元件。
為了使其不僅能夠點擊，還能作為滑鼠進行操作，高橋在無電池指環型元件的基礎上，
又開發了搭載軌跡球和電池的滑鼠「picoRing mouse」（圖3）。
圖3 指環型元件「picoRing mouse」佩戴於食指，通過拇指轉動或按壓軌跡球完成操作。軌跡球的資訊被發送至腕帶型元件，並轉化為AR眼鏡畫面內游標移動。
這款被稱為「picoRing mouse」的指環型滑鼠搭載有電池，通過實現低功耗通信，一次充滿電可驅動一個月以上。高橋暢想實際應用的未來時表示：「我希望在電車或飛機內等智慧型手機螢幕太小無法操作的地方，也能通過AR眼鏡和指環型元件順暢地進行操作。」
貼附皮膚獲取體內數據
邁向無需刻意操作即可利用的未來
在這些成果的基礎上，高橋仍在持續探索挑戰中。從2025年起，作為JST「先驅計畫」研究員，他致力於開發通過即使劇烈運動也不會脫落的片狀元件測量人體動作的「皮膚元件」 （Skin Device）的無線供電與通信技術。他滿懷信心地表示：「我們希望能夠實現在運動分析等戶外劇烈活動場景下穩定採集生物數據。」該技術不僅可用於人，也可以貼在機器人上，例如可能用於驗證重現廚師動作的烹飪機器人的動作。
此外，同樣自2025年起，高橋以合作研究者身份參與了JST CRONOS項目，致力於研發可對皮下血流等資訊進行成像的薄膜式「皮膚成像儀」（Skin Imager）所需的大容量數據通訊與供電技術。人們期待通過採集血壓等體內數據，捕捉疾病的前兆。他談及該研究不同於以往的難點時表示：「想要獲取血流資訊，需要將元件貼附在皮膚多處，並同步各項測量數據。」
以無線供電與通信服裝為核心，人們穿戴各類感測器與元件，持續無感採集並運用生物資訊。朝著這樣的未來，高橋的研發工作仍在繼續推進著。
（TEXT：島田祥輔、PHOTO：島本絵梨佳）
原文：JSTnews 2026年8月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
