加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的納米工程師開發(fā)了一種“可穿戴微電網(wǎng)”，該電網(wǎng)可收集并存儲(chǔ)人體的能量來(lái)為小型電子設(shè)備供電。它由三個(gè)主要部分組成：汗水驅(qū)動(dòng)的生物燃料電池，運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備(稱為摩擦發(fā)電機(jī))和儲(chǔ)能超級(jí)電容器。所有部件均柔軟，可清洗，并且可以絲網(wǎng)印刷到衣服上。

該技術(shù)在3月9日發(fā)表于《自然通訊》上的一篇論文中進(jìn)行了報(bào)道，該技術(shù)從社區(qū)微電網(wǎng)中汲取了靈感。

納米工程博士學(xué)位的第一作者，第一作者，第一作者呂寅說(shuō)：“我們正在使用微電網(wǎng)的概念來(lái)創(chuàng)建可穿戴系統(tǒng)，這些系統(tǒng)以可持續(xù)，可靠和獨(dú)立的方式供電。” 加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院的學(xué)生。“就像城市微電網(wǎng)集成了風(fēng)能和太陽(yáng)能等各種本地可再生能源一樣，可穿戴微電網(wǎng)集成了可從人體不同部位局部收集能量(如汗液和運(yùn)動(dòng))的設(shè)備，同時(shí)又包含能量存儲(chǔ)。”

(Joseph Wang)的納米生物電子團(tuán)隊(duì)開發(fā)的柔性電子部件組合而成的。每個(gè)部分都絲網(wǎng)印刷在襯衫上，并以優(yōu)化收集能量的方式放置。

從汗液中獲取能量的生物燃料電池位于胸部的襯衫內(nèi)。將運(yùn)動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備(稱為摩擦發(fā)電機(jī))，位于襯衫的前臂外側(cè)和軀干兩側(cè)靠近腰部的位置。他們?cè)谧呗坊蚺懿綍r(shí)從手臂對(duì)軀干的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)中獲取能量。胸部襯衫上方的超級(jí)電容器會(huì)暫時(shí)存儲(chǔ)兩個(gè)設(shè)備的能量，然后將其放電以為小型電子設(shè)備供電。

從運(yùn)動(dòng)和汗液中收集能量使可穿戴式微電網(wǎng)能夠快速，連續(xù)地為設(shè)備供電。使用者一旦開始運(yùn)動(dòng)，摩擦發(fā)電機(jī)將立即提供電力，然后才停止流汗。一旦使用者開始出汗，生物燃料電池便開始提供電力，并在使用者停止運(yùn)動(dòng)后繼續(xù)提供電力。

尹說(shuō)：“當(dāng)把這兩個(gè)加在一起時(shí)，它們可以彌補(bǔ)彼此的缺點(diǎn)。” “它們是互補(bǔ)和協(xié)同的，以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和持續(xù)供電。” 整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)速度比僅具有生物燃料電池的啟動(dòng)速度快兩倍，并且使用壽命比僅摩擦發(fā)電器的使用壽命長(zhǎng)三倍。

在30分鐘的鍛煉過(guò)程中，對(duì)可穿戴微網(wǎng)格進(jìn)行了測(cè)試，包括騎自行車運(yùn)動(dòng)10分鐘或跑步10分鐘，然后休息20分鐘。該系統(tǒng)能夠在整個(gè)30分鐘的過(guò)程中為L(zhǎng)CD手表或小型電致變色顯示器(一種響應(yīng)于施加的電壓而改變顏色的設(shè)備)供電。

大于其各部分的總和

生物燃料電池配備有酶，這些酶會(huì)觸發(fā)人類汗液中的乳酸和氧分子之間的電子交換，從而產(chǎn)生電能。Wang的團(tuán)隊(duì)首先在2013年發(fā)表的一篇論文中報(bào)告了這些吸汗的可穿戴設(shè)備。與加州大學(xué)圣地亞哥分?？纱┐鱾鞲衅髦行牡耐潞献?，后來(lái)他們更新了該技術(shù)，使其具有可伸縮性和強(qiáng)大功能，足以運(yùn)行小型電子設(shè)備。

摩擦發(fā)電機(jī)由置于前臂上的帶負(fù)電的材料和置于軀干側(cè)面的帶正電的材料制成。當(dāng)手臂在行走或跑步時(shí)靠在軀干上擺動(dòng)時(shí)，帶相反電荷的物質(zhì)會(huì)相互摩擦并產(chǎn)生電能。

每個(gè)可穿戴設(shè)備均提供不同類型的電源。生物燃料電池提供連續(xù)的低電壓，而摩擦發(fā)電器提供高電壓的脈沖。為了使系統(tǒng)為設(shè)備供電，需要將這些不同的電壓組合起來(lái)并調(diào)節(jié)為一個(gè)穩(wěn)定的電壓。超級(jí)電容器就是在那里涌來(lái)的。它們充當(dāng)蓄能器，可暫時(shí)存儲(chǔ)來(lái)自兩個(gè)電源的能量，并可以根據(jù)需要將其釋放。

尹將裝置與供水系統(tǒng)進(jìn)行了比較。

他說(shuō)：“想象一下，生物燃料電池就像一個(gè)緩慢流動(dòng)的水龍頭，而摩擦發(fā)電器就像一個(gè)射出水流的軟管。” “超級(jí)電容器是它們都供入的儲(chǔ)罐，您可以根據(jù)需要從該儲(chǔ)罐中抽出。”

所有部件均通過(guò)柔性的銀色互連線連接，該互連線也印在襯衫上并通過(guò)防水涂層絕緣。只要不使用清潔劑，每個(gè)零件的性能都不會(huì)受到反復(fù)彎曲，折疊和弄皺或在水中清洗的影響。

尹說(shuō)，這項(xiàng)工作的主要?jiǎng)?chuàng)新不是可穿戴設(shè)備本身，而是所有設(shè)備的系統(tǒng)化和高效集成。

“我們不只是將A和B加在一起并稱為系統(tǒng)。我們選擇的零件都具有兼容的外形尺寸(這里的一切都是可打印的，靈活的和可拉伸的)，匹配的性能以及互補(bǔ)的功能，這意味著它們對(duì)于同樣的情況(在這種情況下，運(yùn)動(dòng)很嚴(yán)格)，”他說(shuō)。

其他應(yīng)用

該特定系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)和用戶正在鍛煉的其他情況很有用。但這只是如何使用可穿戴微電網(wǎng)的一個(gè)例子。尹說(shuō)：“我們不僅僅局限于這種設(shè)計(jì)。我們可以通過(guò)針對(duì)不同情況選擇不同類型的能量收集器來(lái)適應(yīng)該系統(tǒng)。”

研究人員正在研究其他設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)可以在用戶坐在辦公室內(nèi)或在室外緩慢移動(dòng)時(shí)收集能量。

　　免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場(chǎng)無(wú)關(guān)。財(cái)經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構(gòu)成投資建議。投資者據(jù)此操作，風(fēng)險(xiǎn)自擔(dān)。 如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除！