一篇《自然 · 通訊》上的論文介紹了可以存儲人體能量的 “可穿戴微電網(wǎng)”。如果人們穿戴了這種設(shè)備，運動產(chǎn)生的動能與汗液都可以轉(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)和超級電容三種設(shè)備，借此從佩戴者的運動中收集能量。
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)的靈感來自于城市微電網(wǎng)，納米工程博士、文章一作 Lu Yin 稱，如同城市微電網(wǎng)集成了風(fēng)能、太陽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，存儲運動時產(chǎn)生的能量并向小型電子設(shè)備供電。
根據(jù)論文，它由三個主要部分組成：汗水驅(qū)動的生物燃料電池，運動驅(qū)動的摩擦發(fā)電機(jī)和儲能用的超級電容。所有部件都比較柔軟，可以用水清洗，并且通過絲網(wǎng)印刷的方式印在了襯衫上。
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，將運動中的能量轉(zhuǎn)換成電能。
胸部襯衫上方的超級電容會暫時存儲兩個設(shè)備收集到的電能，以此為小型電子設(shè)備供電。
這項研究并不容易，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 Joseph Wang 團(tuán)隊對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、高效集成實現(xiàn) 30 分鐘不間斷供電
Lu Yin 說，這項工作的主要創(chuàng)新內(nèi)容不是兩個設(shè)備本身，而是將所有設(shè)備系統(tǒng)集成在一起。
他強調(diào)，研究團(tuán)隊并非將 A 和 B 加在一起稱為系統(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)佩戴者運動時，摩擦發(fā)電機(jī)立刻運轉(zhuǎn)提供電力;流汗時，生物燃料電池便開始提供電力，并在佩戴者結(jié)束運動后持續(xù)供電。
兩個設(shè)備的共同協(xié)作實現(xiàn)了快速啟動與持續(xù)供電的結(jié)合。
研究團(tuán)隊對可穿戴微電網(wǎng)進(jìn)行了測試，佩戴者騎自行車或跑步運動 10 分鐘，然后休息 20 分鐘。在 30 分鐘的測試過程中，可穿戴微電網(wǎng)可以全程滿足 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)實驗，整個系統(tǒng)的啟動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 3 倍。
可穿戴微電網(wǎng)的各類部件通過柔性材料連接，印在襯衫上并覆蓋有防水涂層。
Lu Yin 稱，只要不使用清潔劑，可穿戴微電網(wǎng)不會受到反復(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)需要佩戴者處于運動中，或運動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有局限在這種設(shè)計中，他們希望能夠為更多不同的場景設(shè)計相應(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：穿戴微電網(wǎng)打開充能新方式?
當(dāng)各種能量收集和存儲設(shè)備發(fā)展迅速時，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有忽視自身的能量，他們研發(fā)了一款僅依靠人類活動就可以運行的能量收集、存儲系統(tǒng)。
這種可穿戴微電網(wǎng)的設(shè)計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，這樣的場景還是十分誘人的。
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