我们的身体就是一块大电池未来手机或不再需要充电器

智能硬件The Verge中文站2017-07-07 14:50

[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。