加利福尼亞大學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)可收集并存儲人體的能量來為小型電子設(shè)備供電。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)動的設(shè)備(稱為摩擦發(fā)電機)和儲能超級電容器。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》上的一篇論文中進行了報道，該技術(shù)從社區(qū)微電網(wǎng)中汲取了靈感。

納米工程博士學位的第一作者，第一作者，第一作者呂寅說：“我們正在使用微電網(wǎng)的概念來創(chuàng)建可穿戴系統(tǒng)，這些系統(tǒng)以可持續(xù)，可靠和獨立的方式供電。” 加州大學圣地亞哥分校雅各布斯工程學院的學生。“就像城市微電網(wǎng)集成了風能和太陽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(如汗液和運動)的設(shè)備，同時又包含能量存儲。”

(Joseph Wang)的納米生物電子團隊開發(fā)的柔性電子部件組合而成的。每個部分都絲網(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)。將運動中的能量轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備(稱為摩擦發(fā)電機)，位于襯衫的前臂外側(cè)和軀干兩側(cè)靠近腰部的位置。他們在走路或跑步時從手臂對軀干的擺動運動中獲取能量。胸部襯衫上方的超級電容器會暫時存儲兩個設(shè)備的能量，然后將其放電以為小型電子設(shè)備供電。

從運動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。使用者一旦開始運動，摩擦發(fā)電機將立即提供電力，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，并在使用者停止運動后繼續(xù)提供電力。

尹說：“當把這兩個加在一起時，它們可以彌補彼此的缺點。” “它們是互補和協(xié)同的，以實現(xiàn)快速啟動和持續(xù)供電。” 整個系統(tǒng)的啟動速度比僅具有生物燃料電池的啟動速度快兩倍，并且使用壽命比僅摩擦發(fā)電器的使用壽命長三倍。

在30分鐘的鍛煉過程中，對可穿戴微網(wǎng)格進行了測試，包括騎自行車運動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30分鐘的過程中為LCD手表或小型電致變色顯示器(一種響應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的團隊首先在2013年發(fā)表的一篇論文中報告了這些吸汗的可穿戴設(shè)備。與加州大學圣地亞哥分?？纱┐鱾鞲衅髦行牡耐潞献?，后來他們更新了該技術(shù)，使其具有可伸縮性和強大功能，足以運行小型電子設(shè)備。

摩擦發(fā)電機由置于前臂上的帶負電的材料和置于軀干側(cè)面的帶正電的材料制成。當手臂在行走或跑步時靠在軀干上擺動時，帶相反電荷的物質(zhì)會相互摩擦并產(chǎn)生電能。

每個可穿戴設(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并調(diào)節(jié)為一個穩(wěn)定的電壓。超級電容器就是在那里涌來的。它們充當蓄能器，可暫時存儲來自兩個電源的能量，并可以根據(jù)需要將其釋放。

尹將裝置與供水系統(tǒng)進行了比較。

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

所有部件均通過柔性的銀色互連線連接，該互連線也印在襯衫上并通過防水涂層絕緣。只要不使用清潔劑，每個零件的性能都不會受到反復彎曲，折疊和弄皺或在水中清洗的影響。

尹說，這項工作的主要創(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的功能，這意味著它們對于同樣的情況(在這種情況下，運動很嚴格)，”他說。

其他應用

該特定系統(tǒng)對于運動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)的一個例子。尹說：“我們不僅僅局限于這種設(shè)計。我們可以通過針對不同情況選擇不同類型的能量收集器來適應該系統(tǒng)。”

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

　　免責聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場無關(guān)。財經(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，風險自擔。 如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！