3 月 9 日，一篇《自然 · 通訊》上的論文介紹了可以存儲(chǔ)人體能量的 “可穿戴微電網(wǎng)”。如果人們穿戴了這種設(shè)備，運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能與汗液都可以轉(zhuǎn)化為電能為小型電子設(shè)備供電。
該論文由加州大學(xué)圣迭戈分校（UC San Diego）的研究人員完成，他們集成了生物燃料電池、摩擦發(fā)電機(jī)和超級(jí)電容三種設(shè)備，借此從佩戴者的運(yùn)動(dòng)中收集能量。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21701-7
一、生物電池、發(fā)電機(jī)、電容三部分聯(lián)網(wǎng)供電
該技術(shù)的靈感來(lái)自于城市微電網(wǎng)，納米工程博士、文章一作 Lu Yin 稱(chēng)，如同城市微電網(wǎng)集成了風(fēng)能、太陽(yáng)能等本地再生能源一樣，可穿戴微電網(wǎng)集成了從人體不同部位收集能量的設(shè)備，存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量并向小型電子設(shè)備供電。
根據(jù)論文，它由三個(gè)主要部分組成：汗水驅(qū)動(dòng)的生物燃料電池，運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的摩擦發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能用的超級(jí)電容。所有部件都比較柔軟，可以用水清洗，并且通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式印在了襯衫上。
▲生物燃料電池（來(lái)源：UC San Diego）
摩擦發(fā)電機(jī)則位于人體的前臂外側(cè)和軀干兩側(cè)靠近腰部的位置，將運(yùn)動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)換成電能。
▲摩擦發(fā)電機(jī)（來(lái)源：UC San Diego）
胸部襯衫上方的超級(jí)電容會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)兩個(gè)設(shè)備收集到的電能，以此為小型電子設(shè)備供電。
▲超級(jí)電容（來(lái)源：UC San Diego）
這項(xiàng)研究并不容易，加州大學(xué)圣迭戈分校納米生物工程學(xué)教授 Joseph Wang 在 2013 年，發(fā)表了關(guān)生物燃料電池通過(guò)汗液中，乳酸和氧分子交換電子從而產(chǎn)生電能的論文。
后來(lái) Joseph Wang 團(tuán)隊(duì)對(duì)生物燃料電池和摩擦發(fā)電機(jī)進(jìn)行整合，才研發(fā)出可穿戴微電網(wǎng)。
二、高效集成實(shí)現(xiàn) 30 分鐘不間斷供電
Lu Yin 說(shuō)，這項(xiàng)工作的主要?jiǎng)?chuàng)新內(nèi)容不是兩個(gè)設(shè)備本身，而是將所有設(shè)備系統(tǒng)集成在一起。
他強(qiáng)調(diào)，研究團(tuán)隊(duì)并非將 A 和 B 加在一起稱(chēng)為系統(tǒng)，其選擇的零件都具備互相兼容的外形尺寸、匹配的性能和互補(bǔ)的功能，各種設(shè)備的集成十分完美。
可穿戴微電網(wǎng)借助生物燃料電池和摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)備的特性，能夠快速、連續(xù)地為設(shè)備供電：當(dāng)佩戴者運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦發(fā)電機(jī)立刻運(yùn)轉(zhuǎn)提供電力；流汗時(shí)，生物燃料電池便開(kāi)始提供電力，并在佩戴者結(jié)束運(yùn)動(dòng)后持續(xù)供電。
兩個(gè)設(shè)備的共同協(xié)作實(shí)現(xiàn)了快速啟動(dòng)與持續(xù)供電的結(jié)合。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)可穿戴微電網(wǎng)進(jìn)行了測(cè)試，佩戴者騎自行車(chē)或跑步運(yùn)動(dòng) 10 分鐘，然后休息 20 分鐘。在 30 分鐘的測(cè)試過(guò)程中，可穿戴微電網(wǎng)可以全程滿(mǎn)足 LCD 手表或小型電致變色顯示器（一種響應(yīng)電壓改變而變色的顯示器）的供電需求。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)速度比僅具有生物燃料電池的速度快 2 倍，使用壽命比僅具有摩擦發(fā)電機(jī)的壽命長(zhǎng) 3 倍。
可穿戴微電網(wǎng)的各類(lèi)部件通過(guò)柔性材料連接，印在襯衫上并覆蓋有防水涂層。
Lu Yin 稱(chēng)，只要不使用清潔劑，可穿戴微電網(wǎng)不會(huì)受到反復(fù)彎曲、折疊、弄皺或在水中清洗的影響。
論文中的可穿戴微型電網(wǎng)需要佩戴者處于運(yùn)動(dòng)中，或運(yùn)動(dòng)以后才能為小型電子設(shè)備供電。
而加州大學(xué)圣迭戈分校的研究者并沒(méi)有局限在這種設(shè)計(jì)中，他們希望能夠?yàn)楦嗖煌膱?chǎng)景設(shè)計(jì)相應(yīng)的可穿戴微型電網(wǎng)，甚至有一天，可以讓佩戴者在辦公室中也可以使用這種系統(tǒng)。
結(jié)語(yǔ)：穿戴微電網(wǎng)打開(kāi)充能新方式？
當(dāng)各種能量收集和存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)展迅速時(shí)，人們往往忽略了自身的能量損失。加州大學(xué)圣迭戈分校的研究人員卻沒(méi)有忽視自身的能量，他們研發(fā)了一款僅依靠人類(lèi)活動(dòng)就可以運(yùn)行的能量收集、存儲(chǔ)系統(tǒng)。
這種可穿戴微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念或許提供了一種新的能量研發(fā)思路。躺在床上就可以為各種電子設(shè)備充能，這樣的場(chǎng)景還是十分誘人的。
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