發(fā)布日期：2017-09-28
為了保持活力，我們的身體每天需要消耗2000至2500卡路里的熱量，這足以為一個適度使用的智能手機供電。因此，如果這些能量中的一部分可以被虹吸，那么我們的身體理論上可以運行任何數(shù)量的電子設(shè)備，從醫(yī)療植入物到電子隱形眼鏡，所有這些設(shè)備都可以沒有電池。 而可穿戴設(shè)備對今天的我們來說確實已經(jīng)屢見不鮮了，無論是VR頭盔還是智能手環(huán)，但是目前市面上幾乎所有的可穿戴設(shè)備都面臨著續(xù)航的問題。這些產(chǎn)品雖然貼近我們的身體，但是依然需要靠電池來驅(qū)動。 科學(xué)家們也一直在思考用人體來給可穿戴設(shè)備供電的方法，目前已經(jīng)成功的方案有心跳發(fā)電、腳部運動和肌肉運動發(fā)電等。 柔性納米發(fā)電機通過腳部運動發(fā)電 圖片來源：Fang Yi/Science Advances 納米發(fā)生器通過皮膚與肌肉運動發(fā)電 圖片來源：新加坡國立大學(xué) 最近，復(fù)旦大學(xué)的研究團隊又解鎖了一項“生物供電”的新技能，那就是依靠血液來發(fā)電。他們將直徑為0.8毫米的纖維植入人的血管中，然后從流動的血液中獲取能量。 碳納米管纖維植入血管中發(fā)電 圖片來源：復(fù)旦大學(xué)Wiley 為了制造這種纖維，研究人員采用了兩種方法，一是用有序排列的碳納米管來包裹塑料纖維，二是簡單地扭轉(zhuǎn)碳納米管片，使其保持紗線狀。 研究人員稱他們的系統(tǒng)為迷你版的水力發(fā)電，不過兩者的原理不同。當(dāng)碳納米管纖維與鹽溶液接觸時，浸沒的納米管和溶液之間將會形成雙電層，納米管表面帶負電荷，溶液的薄層帶正電荷。當(dāng)溶液流動時，溶液里的負離子和從納米管中取出的電子將試圖平衡雙電層，于是流體的前部有了更多電荷，導(dǎo)致纖維兩端形成電位差，產(chǎn)生了電壓和電流。不過這一方法也沒有取得太大的成功。 其他團隊則制造了基于納米管的紗線，它在被扭曲和拉伸時也可以產(chǎn)生電能，大致原理是當(dāng)納米管內(nèi)插入纖維，然后管的兩端連接一根銅線并使鹽溶液流過它。結(jié)果顯示這種方法的發(fā)電效率超過了23％。研究人員說，這一數(shù)字比媒體之前報道的纖維狀的能量采集裝置還要高。而且纖維越長，流動液越快，鹽濃度越高，輸出電的效率就越高。 一個長約30厘米的設(shè)備能夠產(chǎn)生0.04毫瓦的功率，這可能足夠為非常小的傳感器和植入體供電了。為了證明其在體內(nèi)的應(yīng)用效果，研究人員將三根10厘米長的纖維連接到青蛙的坐骨神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)纖維浸入流動的鹽溶液中時，青蛙會產(chǎn)生輕微的肌肉收縮。 這種纖維未來也可以編織成紡織品以制造能發(fā)電的衣服，研究人員補充說。 實際上，生物有機體是一個潛在的能量場，我們的身體里有著以各種形式存在的能量，只不過其中的大多數(shù)能量需要經(jīng)過一些操作才能用來為電子設(shè)備供電。 美國馬薩諸塞州的研究人員在2012年就成功開發(fā)了一款“能量采集芯片”，旨在直接從人的內(nèi)耳電位（EP）中提取電能。 中美研究團隊2013年發(fā)明了一種依靠運動動能發(fā)電的壓電纖維，志愿者穿上由該面料制成的鞋墊走路時，所產(chǎn)生的電力足夠點亮30個LED燈。而且，志愿者穿著帶這一織物的襯衫步行幾個小時就能充滿一塊鋰離子電池。 2014年，美國的研究人員通過將超薄的壓電材料附著到器官上，成功地從牛和綿羊（打了鎮(zhèn)定劑之后）跳動的心臟、肺和隔膜中獲得了動能并轉(zhuǎn)化為電力。 此外，我們體內(nèi)的再生能源還包括汗液、體溫、眼淚等。 2014年，來自加州圣地亞哥的一個研究團隊將酶催化燃料電池(EFC)納入了可穿戴紡織汗水帶。志愿者在騎自行車時戴著它，出的汗足夠運行一個LED燈或一個數(shù)字手表幾十秒。 來自澳大利亞和中國的研究人員2015年首次成功開發(fā)了能將熱能轉(zhuǎn)化為電能的新型面料。它雖然沒被整合到服裝中，但在加熱室試驗期間，該材料能夠通過身體溫度的升高來產(chǎn)生電流。 乍看起來，眼淚似乎是比汗水更不靠譜的燃料來源，但是它也充滿了能量。眼淚中含有葡萄糖、乳酸鹽和抗壞血酸鹽等物質(zhì)，其中任何一種都可以為EFC電池提供動力。2015年7月，猶他州的研究人員開發(fā)出了首款集成EFC的隱形眼鏡，能把人們的眼淚轉(zhuǎn)化為電力。 集成EFC的隱形眼鏡 雖然生物動力燃料電池是目前受到學(xué)界和業(yè)界追捧的新興技術(shù)，但是目前發(fā)明出的設(shè)備能夠產(chǎn)生的電力還比較有限，而且諸如血液供電這類帶有侵入性的獲取體內(nèi)化學(xué)能量的方式也存在著許多風(fēng)險。未來的生物供電究竟還有哪些可能性，我們拭目以待。
來源：36氪
