在当今数字化与无线化快速发展的时代，电子设备尤其是手机、无人机、植入式医疗器件和物联网传感器，已深度融入人们的工作与生活。然而，续航短与频繁充电的问题仍是制约用户体验和设备性能的核心瓶颈。传统的无线能量传输方案存在传输效率低、目标锁定慢、与信息通信难以协同等问题，难以满足多终端、多场景的实时需求。如何在不中断设备运行的情况下，实现灵活、精准、可交互的无线供能与数据通信，成为国际学术界与产业界共同关注的重要课题。
课题组提出了一种融合语音识别、视觉感知、无线输能、信息通信与可编程超表面的多模态主动智能系统。该技术构建了“语音指令—感知定位—相位计算—波束赋形”的自适应闭环，使智能超表面具备“语音+视觉”双模态感知能力，可通过自然语音指令实时为固定或移动目标设备实现无线供能与数据通信，从而将传统“通话耗电”模式升级为“通话充电”新模式。团队研制了的工作于 5.8 GHz WiFi 频段的原型系统，可在目标接收端输出超过 25 dBm 的射频功率，稳定提供高于 4.5 V 的直流电能，足以满足手机、无人机、植入式医疗器件等多类终端的无线供能需求。同时，该系统可同步完成高清视频等大容量数据传输，实现物质、能量与信息的高效协同传递。
图 1.语音控制智能超表面实时通感能一体化系统框图
图2. 语音控制智能超表面实时无线能量传输与视频信号传输实验
本研究不仅解决无线设备的续航焦虑难题，还指出了智能超表面从可编程向主动智能进化的发展趋势。未来，研究团队将进一步提升系统的小型化与集成度，拓展至太赫兹、红外、可见光等更高频段与更复杂环境下的多终端同时供能与通信，探索在植入式医疗器件、智慧家居、工业物联网、可穿戴设备、无人系统以及脑机接口等领域的应用潜力。随着多模态感知与智能超表面技术的持续融合，该方向有望推动能源与信息传输方式的大变革，为构建携能通信、智能感知与识别、临近空间电磁环境的下一代信息网络奠定重要基础。
该研究由北京理工大学博士研究生董琳为第一作者，司黎明教授为第一通讯作者，上海交通大学朱卫仁长聘副教授为第二通讯作者，北京理工大学刘跃泽、沈琦涛、汤鹏程、吴根昊、牛荣及上海交通大学武庆庆共同参与完成。项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金、河北省自然科学基金、上海市自然科学基金、毫米波国家重点实验室开放基金及高等学校学科科研创新引智计划等资助。
文章信息：
Dong L, Si L M, Liu Y, Shen Q,Tang P, Wu G, Niu R, Wu Q, Zhu W. Speech-Controlled ReconfigurableIntelligent Metasurface for Real-Time Wireless Power Transferand Communication. Research 2025; 8: Article 0831.
文章链接：
https://doi.org/10.34133/research.0831
作者简介
董琳，北京理工大学集成电路与电子学院在读博士研究生，导师为司黎明教授。主要研究方向为无线输能、智能超表面、太赫兹技术与应用。在Research, Applied Physics Letters, Optics Express等期刊和国际会议发表学术论文10余篇，授权国家发明专利2项。荣获2021、2022学年北京理工大学优秀研究生，2023、2024学年北京理工大学一等奖学金，以及2023年伍捍东魏茂华微波信息奖教学金。
朱卫仁，上海交通大学长聘副教授、博士生导师。2006年和2011在西北工业大学分别获得学士和博士学位， 2011-2016年分别在澳大利亚国立大学和莫纳什大学任博士后，2016年加入上海交通大学。朱卫仁博士的研究方向包括人工电磁超材料/超表面理论、基于超表面的天线及射频器件等。主持国家自然科学基金等课题10余项，在Adv. Mater.、IEEE TAP等期刊发表SCI论文150余篇，谷歌学术引用8000余次，H-index为48。朱卫仁博士入选上海市浦江人才计划，爱思唯尔中国高被引学者，Top 2%全球顶尖科学家，获中国通信学会科学技术一等奖。朱卫仁博士担任国际期刊IEEE Photonics Journal、Frontiers in Physics副编辑，受邀在主流国际、国内学术会议做特邀报告20余次，指导学生获上海交通大学优秀博士学位论文1次，中国电子教育学会优博论文提名1次，国际/国内学术会议最佳学生论文奖6次。
司黎明，北京理工大学长聘教授、博士生导师、工程硕博士学位评定分委会委员、集成电路与电子学院副院长、IEEE高级会员、中国电子学会高级会员、中国通信学会高级会员。从事电磁场与微波技术的教学和研究工作，涉及智能电磁控制、天线理论与技术、太赫兹技术与应用和雷达仿真与目标识别领域。主讲本科生课程《电磁场与电磁波》和研究生课程《太赫兹技术与应用》。主持国家自然科学基金、北京市自然科学基金、河北省自然科学基金、973、863、173、民用航天等科研项目30余项。在国内外学术刊物和国际学术会议发表论文160余篇，授权国家发明专利十余项，受邀作大会报告十余次。担任多个国际SCI学术期刊编委和专刊客座编辑。现为中国计量测试学会电子计量专业委员会副主任委员、中国超材料学会理事、全国人工智能计量协同创新生态伙伴联盟理事会理事、智能超表面技术联盟理事、国家自然科学基金评审专家、教育部学科评议组成员、北京市科委科技专家，以及多个期刊审稿专家。担任IEEE MTT-S国际微波研讨会系列（IEEE IMWS-AMP）、电磁学进展研究研讨会（PIERS）、国际微波与毫米波技术会议（ICMMT）、射频电子测量国际会议（CRFM）、中国微波周、全国天线年会、全国超材料大会（CMMC）、世界光子大会太赫兹技术及应用专题（WPC）等多个学术大会学术委员会委员、程序委员会委员或分会主席。荣获北京高校优质本科教材课件、北京理工大学教学名师、“我爱我师”最受学生喜爱的教师、微波信息优秀教师奖、迪文优秀教师奖、教书育人类表彰等。
撰稿|课题组
