担心手机没电？未来或将用心跳供电

2018-04-16 09:50

另一种能量收集方法是使用热电转换材料将体热转换为电能。“你的心脏每年跳动的次数超过4000万次，”达格维伦指出。所有这些能量都会转换成身体热能而消散——而这恰恰是一种可捕获的潜在资源。

人体热能发电确实面临着一些主要问题。这种能量转换方式往往依赖于温度差异，但人体的体温常常会保持相当恒定的状态，因此人体内部的温度差异还不足以产生大量电力。但是，如果这些装置能够在收集身体体温的同时暴露于相对凉爽的外部环境中的话，就能够解决问题。

科学家正在探索用于可穿戴设备的热能发电装置，例如为手表供电。原则上人体产生的热量可以产生足够的电力，为无线健康监测仪、人工助听器和治疗帕金森症的大脑皮层刺激器提供电能。

此外，科学家们也试图通过常见的静电效应来为设备供电。当两种不同材料彼此反复碰撞或摩擦时，一种材料的表面可以从另一种材料的表面上夺取电子，积聚电荷，这被称为摩擦起电现象。摩擦起电的一个关键优点是包括天然材料和合成材料在内的几乎所有材料能够产生静电，这为研究人员设计各种各样的小工具提供了诸多可能性。

“我对摩擦起电研究得越多，就越让人激动，它的应用就可能越来越多，”相关论文合著者，乔治亚理工学院纳米技术专家王钟林（Zhong Lin Wang ，音译）表示，“我可以看到我自己将在未来的20年里致力于这项研究。”

不同的材料通过摩擦起电产生的电量有很大差异，因此科学家们正在尝试各种材料。研究人员制作了类似于微观城市街区的立方体网格，类似于竹林的纳米线，以及类似于吉萨大金字塔的那种金字塔阵列。王说，这些材料不仅“看起来很漂亮”，而且用金字塔阵列覆盖表面可以将发电量相比于平板增加五倍。

研究人员已经在老鼠，兔子和猪身上进行了相关实验，他们测试了起搏器，心脏监护仪和其他由呼吸和心跳加速提供电能的植入式装置。“我们也在研究是否可以使用摩擦起电来刺激细胞生长并加速伤口的愈合，”Wang说， “另外，我们已经开始了关于神经刺激的摩擦起电实验，以了解我们是否可以为神经科学做出任何贡献。”

王和他的同事也设计了摩擦起电的可穿戴设备。例如他们制造了摩擦电布，可以为配置锂离子电池的柔性腕带充电。这种小工具可以为采用蓝牙技术的可穿戴式心率表提供电能，从而将其数据无线传输至智能手机。“每天人体运动产生的机械能量可以通过我们的布料转换成电力，”王说。

另一种策略依赖于被称为生物燃料电池的装置，其通过酶和身体内的能量储存分子（例如血液中的葡萄糖）之间的化学反应产生电力，或者是汗液中分泌的乳酸。例如，从真菌中提取的纤维乙糖脱氢酶可以分解葡萄糖，并在纳米（十亿分之一米）碳管中产生电流。

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