科學家研發可穿戴微電網采集人體能量為電子器件供電

      加利福尼亞(ya) 大學聖地亞(ya) 哥分校的納米工程師開發了一種 "可穿戴微電網"，可以從(cong) 人體(ti) 中收集和儲(chu) 存能量，為(wei) 小型電子產(chan) 品供電。它由三個(ge) 主要部分組成：以汗水為(wei) 動力的生物燃料電池、被稱為(wei) 三電發電機的運動動力裝置和儲(chu) 能超級電容器。所有部件都是柔性的，可清洗的，並可絲(si) 網印刷到衣服上。

發表在《自然通訊》上的一篇論文報道了這項技術，它從(cong) 社區微電網中獲得了靈感。研究人員應用微電網的概念來創建可持續、可靠和獨立供電的可穿戴係統。就像城市微電網整合了風能和太陽能等各種本地可再生電源一樣，可穿戴式微電網整合了一些設備，這些設備可以從(cong) 身體(ti) 的不同部位局部采集能量，比如汗水和運動，同時包含能量存儲(chu) 功能。

       這件襯衫從(cong) 人體(ti) 采集並儲(chu) 存能量，為(wei) 小型電子產(chan) 品供電。它結合了穿戴者的汗水和運動的能量，為(wei) 可穿戴設備提供可持續的電力。可穿戴式微電網由柔性電子部件組合而成，這些部件是由加州大學聖地亞(ya) 哥分校納米工程教授Joseph Wang的納米生物電子學團隊開發的，他是加州大學聖地亞(ya) 哥分校可穿戴式傳(chuan) 感器中心的主任，也是本次研究的通訊作者。每個(ge) 部件都被絲(si) 網印刷到襯衫上，並以優(you) 化收集能量的方式放置。

       從(cong) 汗水中收集能量的生物燃料細胞位於(yu) 襯衫內(nei) 部的胸部。將運動中的能量轉化為(wei) 電能的裝置，稱為(wei) 三聯發電機，位於(yu) 襯衫外的前臂和軀幹兩(liang) 側(ce) 靠近腰部的位置。它們(men) 從(cong) 行走或跑步時手臂對軀幹的擺動運動中收集能量。胸前襯衫外的超級電容器暫時儲(chu) 存這兩(liang) 個(ge) 設備的能量，然後放電為(wei) 小型電子產(chan) 品供電。

       從(cong) 運動和汗水中收集能量，使可穿戴微電網能夠快速、持續地為(wei) 設備供電。隻要用戶開始移動，在出汗之前，三電發電機就會(hui) 立即提供電力。一旦用戶開始出汗，生物燃料電池就開始提供電力，並在用戶停止移動後繼續提供電力。

       當你把這兩(liang) 者加在一起的時候，它們(men) 就能彌補彼此的不足。它們(men) 相輔相成，協同作戰，可以實現快速啟動和持續供電。整個(ge) 係統的啟動速度比僅(jin) 有生物燃料電池單獨啟動快2倍，持續時間比單獨使用三電發電機長3倍。

       可穿戴式微電網在30分鍾的時間內(nei) 對一名受試者進行了測試，測試內(nei) 容包括在自行車機上運動或跑步10分鍾，然後休息20分鍾。在整個(ge) 30分鍾的測試過程中，該係統能夠為(wei) LCD腕表或小型電致變色顯示器供電。

       生物燃料細胞配備了酶，可以觸發人體(ti) 汗液中乳酸和氧氣分子之間的電子交換，從(cong) 而產(chan) 生電力。Wang的團隊在2013年發表的一篇論文中*報道了這些汗液收集可穿戴設備。他們(men) 與(yu) 加州大學聖地亞(ya) 哥可穿戴傳(chuan) 感器中心的同事合作，後來更新了這項技術，使其具有可伸展性和強大的功能，足以運行小型電子產(chan) 品。

    三電發生器由一種帶負電的材料製成，放置在前臂上，另一種帶正電的材料，放置在軀幹的兩(liang) 側(ce) 。當行走或奔跑時，手臂與(yu) 軀幹擺動時，帶相反電荷的材料會(hui) 相互摩擦並產(chan) 生電力。每種可穿戴設備都能提供不同類型的電力。生物燃料電池提供連續的低電壓，而三電發電機則提供高電壓脈衝(chong) 。為(wei) 了讓係統為(wei) 設備供電，需要將這些不同的電壓組合起來，並調節成一個(ge) 穩定的電壓。這就是超級電容器的作用，它們(men) 就像一個(ge) 蓄水池，可以暫時存儲(chu) 來自兩(liang) 種電源的能量，並可以根據需要進行放電。