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人体发电或许才是穿戴设备的救星?

北极蚊子 2017-7-11 18:28

多年来我们所使用的电子设备变得越来越小,但是在解决电池这个巨大障碍之前,这种趋势将无法继续下去。南加利福尼亚大学电气工程教授Dina El-Damak表示,电池是任何电子系统的瓶颈。其中一个解决方案是创建自供电设备,从运动和体热等来源获得能源,无需内部电池。

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对于我们大多数人来说,自供电设备意味着永远不会对我们的手机或Fitbit充电。大多数研究人员关注的关键应用是健康领域,特别是植入式医疗设备,如心脏起搏器等。El-Damak表示:“如果设备依赖电池,更换电池需要手术,所以为医疗设备提供操作是一个巨大的优势,真的可以影响人们的生活。”这也可以帮助大脑植入物等,就像马斯克创办的Neuralink公司希望创造的那样。目前,大多数大脑植入物无法持续使用五年以上。

自供电设备可以有多种方式工作。一种是压电能量,当对某些材料施加压力时,会产生压电能量。在公众想象中更常见的另一种方法是通过运动。但是使用一种仅在运动时才工作的设备是不现实的。所以,对于许多研究人员来说,最好的能量来源是体热或热电发电。

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北卡罗来纳州立大学电气工程师Daryoosh Vashaee称,热电发电机可以利用身体与周围环境之间的温度差异来产生能量。去年,他的团队建立了一个很小的设备——一个可以嵌入在衬衫的可穿戴热电发生器(TEGs)。

Vashaee说,体热的明显优点是你不需要做任何事情来发电。但是挑战是你只能一次收获很少的能量。“这些设备基本上只需要几度的温差,有时只需1度或更少。所以当设计使用少量的热量来产生有用的电力时,这些设备必须非常有效。”

北卡罗来纳州立大学旗下的整合式传感器技术先进自供电系统中心(ASSIST)致力于为医疗保健制造低功耗、无电池的电子产品。ASSIST负责人Veena Misra表示,这个研究小组由国家科学基金会资助,并已经研发了一款健康跟踪设备的原型。这种体热装置由橙色腕带和胸部贴片组成。腕带可以监测湿度、温度,甚至空气中的有机化合物等指标。贴片跟踪心率和呼吸频率等。

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科学家表示,也可以通过摩擦产生电力:例如两块布料相互摩擦时发生的静电。这被称为摩擦带电效应(Triboelectric effect)。一组科学家已经运用了运动和摩擦带电效应来创建一种自供电的可穿戴设备。

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摩擦带电效应是普遍的,这意味着任何两种材料可以在技术上产生这种效果,但某些聚合物可以做到最好。研究人员表示:“材料的选择性很广,如纸张、丝绸、纤维、木材、金属表面及有机材料等。”

去年Indiegogo众筹平台上出现了一款名为Matrix PowerWatch的智能手表,这款手表靠佩戴者的体温充电。

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