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據(jù)外媒報(bào)道，一種新的可穿戴設(shè)備將手指的觸摸變成了小型電子產(chǎn)品和傳感器的動(dòng)力源。加州大學(xué)圣迭戈分校的工程師們開發(fā)了一種薄而靈活的條狀物，可以戴在指尖上，當(dāng)一個(gè)人的手指出汗或按壓它時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生少量的電力。
這種以汗水為燃料的裝置的特別之處在于，它甚至在佩戴者睡著或坐著不動(dòng)時(shí)也能發(fā)電。這對可穿戴設(shè)備領(lǐng)域來說可能是個(gè)大問題，因?yàn)檠芯咳藛T現(xiàn)在已經(jīng)找到了如何利用從人類汗水中提取的能量，即使一個(gè)人不在移動(dòng)。
研究共同第一作者、加州大學(xué)圣迭戈分校雅各布斯工程學(xué)院的納米工程博士生Lu Yin說，這種類型的設(shè)備是同類產(chǎn)品中的第一個(gè)。“與其他以汗水為動(dòng)力的可穿戴設(shè)備不同，這個(gè)設(shè)備不需要運(yùn)動(dòng)，不需要佩戴者的物理輸入，就能發(fā)揮作用。這項(xiàng)工作是朝著使可穿戴設(shè)備對普通人來說更實(shí)用、更方便和更容易獲得的方向邁出的一步。”
7月13日發(fā)表在《焦耳》雜志上的一篇論文中描述了這種新的可穿戴式能量收集器。
該設(shè)備還能從手指的輕按中產(chǎn)生額外的能量--因此諸如打字、發(fā)短信、彈鋼琴或敲擊摩爾斯密碼等活動(dòng)也能成為能量來源。
加州大學(xué)圣迭戈分校雅各布斯工程學(xué)院的納米工程教授、該研究的資深作者Joseph Wang說：“我們設(shè)想這可以用于任何涉及觸摸的日常活動(dòng)，即一個(gè)人在工作時(shí)、在家里、在看電視或吃飯時(shí)通常會(huì)做的事情。目標(biāo)是這種可穿戴設(shè)備將自然地為你工作，你甚至不需要考慮它。”
該設(shè)備的大部分能量來自指尖產(chǎn)生的汗水，指尖是24小時(shí)的汗水“工廠”。一個(gè)鮮為人知的事實(shí)是，指尖是身體上最容易出汗的地方之一；每個(gè)指尖都有一千多個(gè)汗腺，可以產(chǎn)生比身體上大多數(shù)其他區(qū)域多100到1000倍的汗液。
“我們感覺身體其他部位出汗較多的原因是這些地方通風(fēng)不好，”研究人員說。“相比之下，指尖總是暴露在空氣中，因此汗水在流出時(shí)就會(huì)蒸發(fā)。因此，我們不是讓它蒸發(fā)，而是用我們的設(shè)備來收集這些汗水，它可以產(chǎn)生大量的能量。”
但不是任何以汗水為燃料的設(shè)備都能在指尖上工作。Yin解釋說，從這么小的地方收集汗液并使其發(fā)揮作用需要一些創(chuàng)新的材料工程。研究人員必須將設(shè)備的不同部分打造得具有超強(qiáng)的吸收能力，并能有效地將人類汗液中的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能。
Yin與加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程專業(yè)的博士生Jong-Min Moon和Juliane Sempionatto共同完成了這個(gè)項(xiàng)目，他們是該研究的其他第一作者，是Joseph領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)的一部分，Joseph也是加州大學(xué)圣地亞哥分?？膳宕鱾鞲衅髦行牡闹魅巍oseph和他的團(tuán)隊(duì)8年前開創(chuàng)了以汗水為燃料的可穿戴設(shè)備。從那時(shí)起，他們一直在該技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)造新的和更好的方法，利用可持續(xù)的資源為可穿戴設(shè)備供電，例如穿戴者本身和他們周圍的環(huán)境。
這項(xiàng)能量收集技術(shù)特別獨(dú)特，因?yàn)樗梢噪S時(shí)隨地作為電源。它沒有像太陽能電池那樣的局限性，太陽能電池只在陽光下工作，而熱電發(fā)電機(jī)只在設(shè)備和周圍環(huán)境有較大溫差時(shí)工作。
它是如何工作的
該設(shè)備是一個(gè)薄而靈活的條狀物，可以像創(chuàng)可貼一樣纏繞在指尖上。由碳泡沫電極組成的襯墊吸收汗水并將其轉(zhuǎn)化為電能。電極上裝有酶，可以觸發(fā)乳酸和汗液中的氧分子之間的化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電能。電極下面是一個(gè)由所謂壓電材料制成的芯片，在按下時(shí)產(chǎn)生額外的電能。
當(dāng)佩戴者出汗或按壓帶子時(shí)，電能被儲存在一個(gè)小型電容器中，并在需要時(shí)被釋放到其他設(shè)備上。
研究人員讓一名受試者在做久坐活動(dòng)時(shí)將該設(shè)備戴在一個(gè)指尖上。從10個(gè)小時(shí)的睡眠中，該設(shè)備收集了近400毫焦耳的能量--這足以為一只電子腕表提供24小時(shí)的能量。從一小時(shí)的隨意打字和點(diǎn)擊鼠標(biāo)中，該設(shè)備收集了近30毫焦耳。而這僅僅是來自一個(gè)指尖。研究人員說，把設(shè)備綁在其余的指尖上會(huì)產(chǎn)生10倍的能量。
“通過利用指尖上的汗水--無論你在哪里，無論你在做什么，汗水都會(huì)自然流出--這項(xiàng)技術(shù)在用戶不費(fèi)吹灰之力的情況下提供了能量的凈收益。這就是我們所說的較大能源投資回報(bào)，”Joseph說。
“將其與一個(gè)在你運(yùn)動(dòng)時(shí)收集能量的設(shè)備相比較，”研究人員解釋說。“當(dāng)你在跑步時(shí)，你投入了數(shù)百焦耳的能量，但設(shè)備卻產(chǎn)生了毫焦耳的能量。在這種情況下，你的能源投資回報(bào)率非常低。但有了這個(gè)設(shè)備，你的回報(bào)就非常高。當(dāng)你在睡覺時(shí)，你沒有投入任何工作。即使是用手指按一下，你也只投資了大約半毫焦耳。”
在其他實(shí)驗(yàn)中，研究人員將他們的能量收集器連接到一個(gè)電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)連接到小型低功耗顯示器的化學(xué)傳感器組成，該顯示器顯示傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)字讀數(shù)。每隔10秒按壓能量收集器10次，或者只是把它戴在指尖上兩分鐘，就足以為傳感器和顯示器供電。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員將他們的設(shè)備與他們在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的維生素C傳感器連接起來。他們讓受試者服用維生素C藥片，然后用手指供電的系統(tǒng)來讀取他們的維生素C水平。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員表明，他們的系統(tǒng)也可以與實(shí)驗(yàn)室建立的鈉傳感器一起使用，以讀取鹽水溶液的鈉離子水平。
"我們的目標(biāo)是使這個(gè)裝置成為一個(gè)實(shí)用的裝置，"研究人員說。"我們想表明，這不僅僅是另一個(gè)可以產(chǎn)生少量能量的很酷的東西，然后就這樣了--我們實(shí)際上可以用這些能量來為有用的電子產(chǎn)品供電，如傳感器和顯示器。"
為此，該團(tuán)隊(duì)正在對該設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，使其更加高效和耐用。未來的研究將包括將其與其他類型的能量收集器相結(jié)合，以創(chuàng)造新一代的自供電可穿戴系統(tǒng)。
(原標(biāo)題：“生物燃料電池”：可穿戴設(shè)備將手指的觸感轉(zhuǎn)化為能量來源)
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