北理工課題組在語音控制無線供能與通信技術方面取得重要進展

　　【儀表網 研發快訊】近日，北京理工大學集成電路與電子學院司黎明教授課題組在語音控制可重構智能超表面方面取得重要進展。該技術將語音識別、視覺感知、無線輸能、信息通信與智能超表面深度融合，實現了通過自然語音指令實時為指定目標設備無線供能與數據通信，有望讓人們擺脫對手機、無人機、植入式醫療器件等電子設備的續航擔憂，遠離充電焦慮。該成果以“Speech-Controlled Reconfigurable Intelligent Metasurface for Real-Time Wireless Power Transfer and Communication”為題，發表在Science合作期刊《Research》(中科院一區Top期刊)上。
 

圖1. 語音控制智能超表面實時通感能一體化系統框圖
 

　　在日常生活中，電子設備，尤其是無線設備，常令用戶產生電量不足的擔憂。而該語音控制智能超表面，具備無需插線、無需停機，只需一句話，設備便能實現無線“空中續航”功能。通過構建“語音指令—感知定位—相位計算—波束賦形”的自適應閉環，賦予智能超表面“語音+視覺”的多模態感知與主動智能，將傳統語音控制領域的“通話耗電”模式，升級為“通話充電”新模式，真正做到隨時隨地供能與通信。實驗驗證了一款工作在5.8GHz WIFI頻段的語音控制智能超表面系統，能夠對固定及移動多目標實現無線供能，接收端射頻功率超過25dBm。結果表明，該系統能給目標設備穩定輸出大于4.5伏的電能，滿足手機、無人機、植入式醫療器件、物聯網傳感器、可穿戴設備、智能終端等提供無線能量需求。該技術融合了物質、能量與信息的高效協同傳遞，不僅解決了電子設備續航難題，還可同步完成高清視頻等大容量數據傳輸，展現出通感能一體化協同能力。
 

圖2. 語音控制智能超表面實時無線能量傳輸與視頻信號傳輸實驗
 

　　論文第一完成單位為北京理工大學，第一作者為博士研究生董琳，第一通訊作者為司黎明教授，第二通訊作者為上海交通大學朱衛仁長聘副教授。北京理工大學劉躍澤博士生，沈琦濤博士生、湯鵬程博士生、吳根昊博士生、牛榮博士生，上海交通大學武慶慶長軌副教授為論文共同作者。此項工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金-海淀原始創新聯合基金、河北省自然科學基金、上海市自然科學基金、毫米波國家重點實驗室開放基金以及高等學校學科科研創新引智計劃項目等的支持。
 

　　附作者簡介：
 

　　第一作者：董琳，北京理工大學集成電路與電子學院在讀博士研究生，導師為司黎明教授。主要研究方向為無線輸能、智能超表面、太赫茲技術與應用。在Research, Applied Physics Letters, Optics Express等期刊和國際會議發表學術論文10余篇，授權國家發明專利2項。榮獲2021、2022學年北京理工大學優秀研究生，2023、2024學年北京理工大學一等獎學金，以及2023年伍捍東魏茂華微波信息獎教學金。
 

　　通訊作者：司黎明，北京理工大學長聘教授、博士生導師、工程碩博士學位評定分委員委員、集成電路與電子學院副院長、IEEE高級會員、中國電子學會高級會員、中國通信學會高級會員。從事電磁場與微波技術的教學和研究工作，涉及智能電磁控制、天線理論與技術、太赫茲技術與應用和雷達仿真與目標識別領域。主講本科生課程《電磁場與電磁波》和研究生課程《太赫茲技術與應用》。主持國家自然科學基金、北京市自然科學基金、河北省自然科學基金等科研項目30余項。在國內外學術刊物和國際學術會議發表論文160余篇，授權國家發明專利十余項，受邀作大會報告十余次。擔任多個國際SCI學術期刊編委和專刊客座編輯。現為中國計量測試學會電子計量專業委員會副主任委員、中國超材料學會理事、全國人工智能計量協同創新生態伙伴聯盟理事會理事、智能超表面技術聯盟理事、國家自然科學基金評審專家、教育部學科評議組成員、北京市科委科技專家，以及多個期刊審稿專家。擔任IEEE MTT-S國際微波研討會系列(IEEE IMWS-AMP)、電磁學進展研究研討會(PIERS)、國際微波與毫米波技術會議(ICMMT)、射頻電子測量國際會議(CRFM)、中國微波周、全國天線年會、全國超材料大會(CMMC)、世界光子大會太赫茲技術及應用專題(WPC)等多個學術大會學術委員會委員、程序委員會委員或分會主席。榮獲北京高校優質本科教材課件、北京理工大學教學名師、“我愛我師”最受學生喜愛的教師、微波信息優秀教師獎、迪文優秀教師獎、教書育人類表彰等。