你的身體是一個巨大的電池，科學家們想用它來給小玩意供電

多年來，我們的電子裝置越來越小，速度越來越快，但這一趨勢不能持續下去，除非我們解決一個大障礙：電池。...

多年來，我們的電子裝置越來越小，速度越來越快，但這一趨勢不能持續下去，除非我們解決一個大障礙：電池。

南加州大學（University of Southern California）電氣工程教授迪娜•艾爾•達馬克（dinael-Damak）表示，電池是任何電子系統的瓶頸。一臺裝置只能和它的電源一樣好，對更大功率和更快計算速度的追求已經導致了像三星Galaxy 7爆炸這樣的危險情況。一種解決方案是**自供電裝置，透過運動和身體熱量等來源發電，而不需要內部電池。

儘管離我們與iPhone充電器分道揚鑣還有一段時間，但全國各地的科學家正在朝著這個目標努力，公司也在努力。

為什麼是自供電裝置？

對我們大多數人來說，自供電裝置意味著永遠不會給**或Fitbit充電。但大多數研究人員關註的關鍵應用是健康，尤其是心臟起搏器等植入式醫療裝置。”如果裝置依賴電池，更換電池需要手術，因此為醫療裝置提供手術是一個巨大的優勢，可以真正影響人們的生活，”El Damak說。

這也有助於大腦植入，比如埃隆·馬斯克的公司Neuralink希望**的那種。目前，大多數大腦植入物的壽命不到5年，而一個持久的植入物需要有持久的電池。

從體溫中獲取能量

自供電裝置有多種工作方式。一種是壓電能，當你對某些材料施加壓力時會產生壓電能。另一種在公眾想象中更為常見的方法是收穫運動。不過，雖然運動似乎很明顯，但擁有一個只有在運動時才能工作的裝置是不現實的。因此，對許多研究人員來說，最好的能源來源是身體熱量，或熱電發電。

熱電發電之所以有效，是因為我們的身體幾乎總是與外界空氣的溫度不同。北卡羅來納州立大學的電氣工程師Daryoosh Vashaee說，熱電發電機利用溫差來發電。去年，他的團隊**了一個小型裝置，可以做到這一點。它是一種金屬片，可以嵌入襯衫或戴在袖標上(他們在《應用能源》雜誌上發表了一篇論文。）

“體溫的明顯優點是你不需要做任何事情來產生能量，”Vashaee說。但挑戰在於，你一次只能收穫很少的能量。”這些裝置基本上只依賴於幾度的溫差，有時只有一度或更低，”他說，“因此，當設計成使用少量熱量來產生有用的電力時，這些裝置必須非常有效。”

他的發電機只能產生微瓦的電能，而這種電能根本無法為**供電，而且對幾乎任何裝置來說都太小了。當然，**高效的收割機是可能的，它可以收集大量的能量，但是那樣的話，收割機就會變成大而笨重的東西，沒有人願意穿，瓦沙補充道。

低功耗電子裝置

因此，有工程師站在另一邊，試圖**能量非常小的電子裝置。埃爾達馬克說，最大的問題之一是電池“洩漏”。如果你把電池放在架子上不使用，它會失去一些自己儲存的能量，因此有很多研究如何避免這種情況。

北卡羅萊納州立大學主辦了一個研究聯盟——先進的整合感測器和技術自供電系統中心（ASSIST）——致力於**低功耗、無電池的醫療電子產品。這個研究小組是由國家科學基金會資助的，已經為健康追蹤建立了一個原型，助理主任VeenaMisra說。這個身體熱量驅動裝置由一個大的橙色腕帶和胸部的一個貼片組成。腕帶可以監測濕度、溫度，甚至空氣中的有機化合物等指標。這個貼片跟蹤心率、運動和呼吸頻率。

透過摩擦獲取電能

摩擦也能產生電：想想當你把兩塊布摩擦在一起時產生的靜電。這就是所謂的摩擦電效應。一組科學家利用運動和摩擦電效應創造了一種有彈性的、自供電的可穿戴裝置。只需一隻手輕敲，它每平方米就能產生幾瓦的電能，足以暫時開啟一些小電燈。

摩擦電效應是普遍存在的，這意味著任何兩種材料在技術上都可以產生這種效應，但某些聚合物可以做到最好。”材料的選擇是巨大的，如紙張，絲綢，纖維，木材，金屬錶面，有機材料，”王說。因此，與其他方法相比，有更多的選擇，他補充道，它可以產生比使用體溫更多的能量。

靈活性是這裡的關鍵創新之一。”當材料具有靈活性時，就可以模擬人類面板來實現機器介面，”該研究的合著者、喬治亞理工學院奈米科學研究小組組長王鐘林說。他的彈性耐磨材料可以用於身體感測器，也可以用於任何涉及織物的東西。想象一下，有一個安全系統，使用感測器嵌入地毯或窗簾，他說。

要多久才能拿到？

ASSIST的王和米斯拉都與行業合作伙伴合作，試圖將這項技術推向市場。王說，他認為他的裝置要上市還需要三年時間。

在此之前，還有Matrix手錶，它利用人體熱量，9月份開始出貨。去年底，我與創始人阿克拉姆·布凱（Akram Boukai）和道格拉斯·薩姆（Douglas Tham）舉行了一次演示會。這隻黑色的圓臉表很大，但並不可笑，而且相當漂亮。現場演示讓人印象深刻，布凱甚至用冰箱裡的冰來開啟手錶(因為手錶利用了體溫並利用了溫度的差異，所以它對冰冷的冰做出了反應。）然而，當我被送去演示一個早期的原型時，智慧手錶出現了故障，根本無法工作。

因此，我們將被拴在充電器上一段時間，但在彈性面板和生物監測腕帶之間，自動供電裝置可能並沒有我們想象的那麼遠。