科(ke)學(xue)家(jia)研(yan)發(fa)可穿(chuan)戴(dai)微(wei)電網采集(ji)人(ren)體能量(liang)為(wei)電子器件(jian)供(gong)電

      加利(li)福(fu)尼(ni)亞大學(xue)聖(sheng)地(di)亞哥分(fen)校(xiao)的(de)納(na)米(mi)工程師開發(fa)了壹(yi)種 "可(ke)穿(chuan)戴(dai)微(wei)電網"，可(ke)以(yi)從人體(ti)中(zhong)收集(ji)和儲(chu)存能量(liang)，為(wei)小(xiao)型(xing)電子產(chan)品供(gong)電。它(ta)由(you)三(san)個(ge)主(zhu)要(yao)部(bu)分組成(cheng)：以(yi)汗(han)水(shui)為(wei)動(dong)力的(de)生(sheng)物(wu)燃料電池、被稱為(wei)三(san)電發(fa)電機(ji)的運(yun)動(dong)動(dong)力裝(zhuang)置(zhi)和儲(chu)能超(chao)級(ji)電容器。所(suo)有(you)部(bu)件(jian)都(dou)是(shi)柔性(xing)的(de)，可(ke)清洗的，並可絲(si)網(wang)印刷(shua)到(dao)衣服(fu)上。

發(fa)表在(zai)《自然(ran)通訊》上的壹(yi)篇(pian)論(lun)文(wen)報道了(le)這項(xiang)技(ji)術，它(ta)從社區微(wei)電網中獲得(de)了(le)靈(ling)感(gan)。研(yan)究人(ren)員應用(yong)微(wei)電網的概(gai)念來(lai)創(chuang)建(jian)可持續(xu)、可靠和獨立(li)供(gong)電的可穿(chuan)戴(dai)系統。就(jiu)像城(cheng)市微(wei)電網整合了(le)風能和太(tai)陽(yang)能等各(ge)種本地(di)可再(zai)生(sheng)電源壹樣，可穿(chuan)戴(dai)式微(wei)電網整合了(le)壹(yi)些設備，這些(xie)設備(bei)可以(yi)從身體(ti)的(de)不同部(bu)位局部(bu)采集(ji)能量(liang)，比如(ru)汗(han)水和運(yun)動(dong)，同時包(bao)含(han)能量(liang)存儲(chu)功能。

       這件(jian)襯(chen)衫(shan)從人體(ti)采集(ji)並儲存能量(liang)，為(wei)小(xiao)型(xing)電子產(chan)品供(gong)電。它(ta)結(jie)合了(le)穿(chuan)戴(dai)者的汗(han)水和運(yun)動(dong)的能量(liang)，為(wei)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設備提(ti)供(gong)可(ke)持續(xu)的電力。可穿(chuan)戴(dai)式微(wei)電網由柔性(xing)電子部(bu)件(jian)組合(he)而成(cheng)，這些(xie)部(bu)件(jian)是(shi)由(you)加州(zhou)大學(xue)聖(sheng)地(di)亞哥分(fen)校(xiao)納(na)米(mi)工程教授(shou)Joseph Wang的納(na)米(mi)生(sheng)物(wu)電子學(xue)團(tuan)隊開發(fa)的，他是加州(zhou)大學(xue)聖(sheng)地(di)亞哥分(fen)校(xiao)可(ke)穿(chuan)戴(dai)式傳感器中(zhong)心(xin)的主(zhu)任，也(ye)是本次(ci)研(yan)究的(de)通訊作者(zhe)。每個部(bu)件(jian)都(dou)被(bei)絲(si)網(wang)印刷(shua)到(dao)襯衫(shan)上，並以(yi)優(you)化(hua)收集(ji)能量(liang)的方(fang)式放(fang)置(zhi)。

       從汗水(shui)中(zhong)收集(ji)能量(liang)的生(sheng)物(wu)燃料細胞位於(yu)襯(chen)衫(shan)內(nei)部(bu)的胸部(bu)。將運動(dong)中的(de)能量(liang)轉化(hua)為(wei)電能的(de)裝(zhuang)置(zhi)，稱為(wei)三(san)聯發(fa)電機(ji)，位於(yu)襯(chen)衫(shan)外(wai)的(de)前(qian)臂和軀幹(gan)兩(liang)側靠近(jin)腰(yao)部(bu)的位置(zhi)。它(ta)們(men)從行走(zou)或跑(pao)步(bu)時手臂對(dui)軀幹(gan)的擺(bai)動(dong)運動(dong)中收集(ji)能量(liang)。胸前(qian)襯衫(shan)外(wai)的(de)超(chao)級電容器暫時儲存這兩(liang)個(ge)設(she)備(bei)的能量(liang)，然(ran)後放(fang)電為(wei)小(xiao)型(xing)電子產(chan)品供(gong)電。

       從運動(dong)和汗(han)水中收集(ji)能量(liang)，使可(ke)穿(chuan)戴(dai)微(wei)電網能夠快速(su)、持續(xu)地(di)為(wei)設(she)備(bei)供(gong)電。只要(yao)用(yong)戶(hu)開始移(yi)動(dong)，在出(chu)汗之(zhi)前(qian)，三(san)電發(fa)電機(ji)就會(hui)立(li)即(ji)提(ti)供(gong)電力。壹旦(dan)用(yong)戶(hu)開始出汗，生(sheng)物(wu)燃料電池就開始提(ti)供(gong)電力，並在用戶(hu)停止移(yi)動(dong)後繼(ji)續提(ti)供(gong)電力。

       當(dang)妳(ni)把這兩(liang)者(zhe)加在(zai)壹(yi)起的(de)時候(hou)，它(ta)們(men)就能彌(mi)補(bu)彼此(ci)的不(bu)足。它(ta)們(men)相輔相成(cheng)，協同作(zuo)戰(zhan)，可(ke)以(yi)實(shi)現快(kuai)速(su)啟動(dong)和持續(xu)供電。整個系統的(de)啟動(dong)速(su)度比僅(jin)有(you)生(sheng)物(wu)燃料電池單獨啟動(dong)快2倍(bei)，持續(xu)時間比單(dan)獨使(shi)用三(san)電發(fa)電機(ji)長3倍(bei)。

       可(ke)穿(chuan)戴(dai)式微(wei)電網在30分(fen)鐘的時間內對(dui)壹名受(shou)試者(zhe)進行(xing)了測試，測(ce)試(shi)內容(rong)包(bao)括(kuo)在(zai)自行車機(ji)上運動(dong)或跑(pao)步10分鐘，然(ran)後休息20分鐘。在(zai)整個(ge)30分(fen)鐘的測試(shi)過程中，該系統能夠為(wei)LCD腕表(biao)或(huo)小型(xing)電致(zhi)變(bian)色顯示器供(gong)電。

       生(sheng)物(wu)燃料細胞配(pei)備(bei)了酶(mei)，可(ke)以(yi)觸(chu)發(fa)人體(ti)汗液中(zhong)乳酸(suan)和氧(yang)氣(qi)分子(zi)之(zhi)間(jian)的(de)電子交(jiao)換(huan)，從而產(chan)生(sheng)電力。Wang的(de)團(tuan)隊在(zai)2013年發(fa)表的(de)壹篇論(lun)文(wen)中(zhong)*報道了(le)這些(xie)汗液(ye)收集(ji)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設備。他們與(yu)加州(zhou)大學(xue)聖(sheng)地(di)亞哥可(ke)穿(chuan)戴(dai)傳感器中(zhong)心(xin)的同(tong)事合作，後來更新(xin)了這項(xiang)技(ji)術，使其(qi)具有(you)可(ke)伸展(zhan)性(xing)和強(qiang)大的(de)功(gong)能，足(zu)以(yi)運(yun)行(xing)小(xiao)型(xing)電子產(chan)品。

    三(san)電發(fa)生(sheng)器由(you)壹(yi)種帶(dai)負電的材(cai)料制(zhi)成，放(fang)置(zhi)在前(qian)臂上，另(ling)壹(yi)種(zhong)帶正(zheng)電的材(cai)料，放(fang)置(zhi)在軀幹(gan)的兩(liang)側。當(dang)行走(zou)或奔(ben)跑時，手臂與(yu)軀幹(gan)擺(bai)動(dong)時，帶相反(fan)電荷(he)的(de)材(cai)料會相互(hu)摩擦並產(chan)生(sheng)電力。每種可(ke)穿(chuan)戴(dai)設備都(dou)能提(ti)供(gong)不(bu)同(tong)類型(xing)的(de)電力。生(sheng)物(wu)燃料電池提(ti)供(gong)連(lian)續(xu)的低(di)電壓，而三(san)電發(fa)電機(ji)則提(ti)供(gong)高(gao)電壓脈沖(chong)。為(wei)了(le)讓(rang)系統為(wei)設(she)備(bei)供(gong)電，需(xu)要(yao)將(jiang)這些(xie)不同(tong)的電壓組合(he)起來(lai)，並調節成壹(yi)個穩定的電壓。這就(jiu)是超(chao)級電容器的(de)作(zuo)用，它(ta)們(men)就像壹個蓄(xu)水池(chi)，可(ke)以(yi)暫時存儲(chu)來自兩(liang)種(zhong)電源的能量(liang)，並可以(yi)根(gen)據需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)放(fang)電。