无障碍说明

我们的身体就是一块大电池 未来手机或不再需要充电器

[摘要]为解决电子设备供电问题,研究人员一直在研究自供电设备,尤其是利用人体与外界温差发电的技术。这一技术将应用在植入式医疗设备中。

The Verge中文站7月7日报道

多年来,电子产品的发展趋势一直是越来越小、越来越快,但这一趋势不可能无限延续下去,除非我们能解决一大障碍:电池。

南加州大学电子工程教授迪娜·埃尔-达马克(Dina El-Damak)表示,对于任何电子产品来说,电池都是个瓶颈。设备的质量取决于电源,对更多电能和更快运算的追求,已经造成危险的情况,例如三星Galaxy Note 7爆炸门。一种解决方案是开发自供电设备——利用运动和身体温度发电,而不需要内置电池。

虽然距离我们放弃iPhone充电器尚需时日,科学家在向着这一目标努力,企业也参与了进来。

为什么要开发自供电设备?

对于大多数人来说,自供电设备意味着不再需要给手机或Fitbit手环充电。但大多数研究人员关注的关键应用是健康,尤其是心脏起搏器等可植入式医疗设备。埃尔-达马克说,“如果设备需要电池,在更换电池时就必须给用户动手术,因此自供电设备是一个巨大的优势,可能真正影响人们的生活。”

大脑植入设备也将受益于这一技术——例如埃隆·马斯克(Elon Musk)旗下Neuralink期望开发的设备。目前大多数脑植入设备续航时间不超过5年,长效植入设备需要配置长效电池。

利用体温发电

自供电设备工作方式有多种。其中之一是压电发电,也即对一定材料施加压力就会发电;另外一种公众更容易想到的方式是收集动能,虽然收集动能是一种显而易见的方式,但开发只有用户在运动中才能使用的设备是不切实际的,因此,对于许多研究人员来说,最好的电能来源是身体温度或温差发电。

温差发电可行的原因是,人身体与外界之间总是存在温差。北卡罗莱纳州立大学电子工程师达利欧什·瓦萨伊(Daryoosh Vashaee)表示,温差发电机能收集到温差信号,然后利用它发电。去年,他的团队开发了一款能自体发电的小型设备。这是一款能嵌入体恤或袖章中的金属标签。

瓦萨伊称,利用身体温度发电的明显优势是,在发电时用户无需采取任何额外措施。但其挑战在于,用户只能一次获得很少能量。他说,“这些设备依赖于数度的温差发电,有时仅为1度,甚至更低,因此这些设备必须真正高效。”

他的发电机输出功率在微瓦量级,不足以向智能手机充电。开发高效、能收集大量能源的能量收集装置是可能的。

低能耗电子设备

另一方面,有工程师在尝试开发只需少量电能就能运行的电子设备。埃尔-达马克(El-Damak)说,一大问题是电池泄露。如果把电池放一段时间,即使不使用,它也会流失部分存储的电能,因此,业内在避免电池“泄露”方面进行了大量研究。

北卡罗莱纳州立大学设有一个研究联盟ASSIST,专门开发低能耗、不需要电池的医疗设备。ASSIST总监维娜·米莎拉(Veena Misra)说,这一联盟得到美国国家科学基金的资金支持,已经开发了一款健康追踪原型设备。利用身体温度发电的设备包含有一个大型橙色腕带、和一块佩戴在胸前的“补丁”。腕带能监测的指标包括湿度、温度,甚至空气的组成成分,“补丁”则能追踪心率、运动和呼吸率。

摩擦发电

摩擦也可以用来发电。两块面料相互摩擦时就会产生静电,这就是所谓的摩擦起电效应,一个科学家团队已经利用动能发电和摩擦起电效应,开发了一款自供电可穿戴设备。只需用手点击,它每平方米的发电功率就可以达到数瓦,足以临时打开一些照明灯具。

摩擦起电效应是普遍存在的,这意味着从技术上说任何两种材料都存在这一效应,但在摩擦起电效应方面表现最好的无疑是高分子材料。

这些技术投入实用尚需多长时间?

ASSIST研究人员在与业界厂商合作,把这一技术推向市场。其中一名研究人员王中林(Zhong Lin Wang,音译)称,他预计这一技术真正上市销售还需要3年时间。

利用人体温度发电的Matrix Watch,将于9月份开始上市发售。甚至利用从冰箱中拿出的冰,也能开启它。

虽然在未来一段时间我们尚离不开充电器,但自供电设备的发售时间将早于我们的预期。(原作者:Angela Chen 编译:文心)

正文已结束,您可以按alt+4进行评论
责任编辑:yokiizhang
收藏本文

相关搜索

为你推荐