發(fā)布日期：2017-09-28

為了保持活力，我們的身體每天需要消耗2000至2500卡路里的熱量，這足以為一個(gè)適度使用的智能手機(jī)供電。因此，如果這些能量中的一部分可以被虹吸，那么我們的身體理論上可以運(yùn)行任何數(shù)量的電子設(shè)備，從醫(yī)療植入物到電子隱形眼鏡，所有這些設(shè)備都可以沒有電池。 而可穿戴設(shè)備對今天的我們來說確實(shí)已經(jīng)屢見不鮮了，無論是VR頭盔還是智能手環(huán)，但是目前市面上幾乎所有的可穿戴設(shè)備都面臨著續(xù)航的問題。這些產(chǎn)品雖然貼近我們的身體，但是依然需要靠電池來驅(qū)動(dòng)。 科學(xué)家們也一直在思考用人體來給可穿戴設(shè)備供電的方法，目前已經(jīng)成功的方案有心跳發(fā)電、腳部運(yùn)動(dòng)和肌肉運(yùn)動(dòng)發(fā)電等。 柔性納米發(fā)電機(jī)通過腳部運(yùn)動(dòng)發(fā)電   圖片來源：Fang Yi/Science Advances 納米發(fā)生器通過皮膚與肌肉運(yùn)動(dòng)發(fā)電  圖片來源：新加坡國立大學(xué) 最近，復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)又解鎖了一項(xiàng)“生物供電”的新技能，那就是依靠血液來發(fā)電。他們將直徑為0.8毫米的纖維植入人的血管中，然后從流動(dòng)的血液中獲取能量。 碳納米管纖維植入血管中發(fā)電 圖片來源：復(fù)旦大學(xué)Wiley 為了制造這種纖維，研究人員采用了兩種方法，一是用有序排列的碳納米管來包裹塑料纖維，二是簡單地扭轉(zhuǎn)碳納米管片，使其保持紗線狀。 研究人員稱他們的系統(tǒng)為迷你版的水力發(fā)電，不過兩者的原理不同。當(dāng)碳納米管纖維與鹽溶液接觸時(shí)，浸沒的納米管和溶液之間將會(huì)形成雙電層，納米管表面帶負(fù)電荷，溶液的薄層帶正電荷。當(dāng)溶液流動(dòng)時(shí)，溶液里的負(fù)離子和從納米管中取出的電子將試圖平衡雙電層，于是流體的前部有了更多電荷，導(dǎo)致纖維兩端形成電位差，產(chǎn)生了電壓和電流。不過這一方法也沒有取得太大的成功。 其他團(tuán)隊(duì)則制造了基于納米管的紗線，它在被扭曲和拉伸時(shí)也可以產(chǎn)生電能，大致原理是當(dāng)納米管內(nèi)插入纖維，然后管的兩端連接一根銅線并使鹽溶液流過它。結(jié)果顯示這種方法的發(fā)電效率超過了23％。研究人員說，這一數(shù)字比媒體之前報(bào)道的纖維狀的能量采集裝置還要高。而且纖維越長，流動(dòng)液越快，鹽濃度越高，輸出電的效率就越高。 一個(gè)長約30厘米的設(shè)備能夠產(chǎn)生0.04毫瓦的功率，這可能足夠?yàn)榉浅Ｐ〉膫鞲衅骱椭踩塍w供電了。為了證明其在體內(nèi)的應(yīng)用效果，研究人員將三根10厘米長的纖維連接到青蛙的坐骨神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)纖維浸入流動(dòng)的鹽溶液中時(shí)，青蛙會(huì)產(chǎn)生輕微的肌肉收縮。 這種纖維未來也可以編織成紡織品以制造能發(fā)電的衣服，研究人員補(bǔ)充說。 實(shí)際上，生物有機(jī)體是一個(gè)潛在的能量場，我們的身體里有著以各種形式存在的能量，只不過其中的大多數(shù)能量需要經(jīng)過一些操作才能用來為電子設(shè)備供電。 美國馬薩諸塞州的研究人員在2012年就成功開發(fā)了一款“能量采集芯片”，旨在直接從人的內(nèi)耳電位（EP）中提取電能。 中美研究團(tuán)隊(duì)2013年發(fā)明了一種依靠運(yùn)動(dòng)動(dòng)能發(fā)電的壓電纖維，志愿者穿上由該面料制成的鞋墊走路時(shí)，所產(chǎn)生的電力足夠點(diǎn)亮30個(gè)LED燈。而且，志愿者穿著帶這一織物的襯衫步行幾個(gè)小時(shí)就能充滿一塊鋰離子電池。 2014年，美國的研究人員通過將超薄的壓電材料附著到器官上，成功地從牛和綿羊（打了鎮(zhèn)定劑之后）跳動(dòng)的心臟、肺和隔膜中獲得了動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電力。 此外，我們體內(nèi)的再生能源還包括汗液、體溫、眼淚等。 2014年，來自加州圣地亞哥的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)將酶催化燃料電池(EFC)納入了可穿戴紡織汗水帶。志愿者在騎自行車時(shí)戴著它，出的汗足夠運(yùn)行一個(gè)LED燈或一個(gè)數(shù)字手表幾十秒。 來自澳大利亞和中國的研究人員2015年首次成功開發(fā)了能將熱能轉(zhuǎn)化為電能的新型面料。它雖然沒被整合到服裝中，但在加熱室試驗(yàn)期間，該材料能夠通過身體溫度的升高來產(chǎn)生電流。 乍看起來，眼淚似乎是比汗水更不靠譜的燃料來源，但是它也充滿了能量。眼淚中含有葡萄糖、乳酸鹽和抗壞血酸鹽等物質(zhì)，其中任何一種都可以為EFC電池提供動(dòng)力。2015年7月，猶他州的研究人員開發(fā)出了首款集成EFC的隱形眼鏡，能把人們的眼淚轉(zhuǎn)化為電力。 集成EFC的隱形眼鏡 雖然生物動(dòng)力燃料電池是目前受到學(xué)界和業(yè)界追捧的新興技術(shù)，但是目前發(fā)明出的設(shè)備能夠產(chǎn)生的電力還比較有限，而且諸如血液供電這類帶有侵入性的獲取體內(nèi)化學(xué)能量的方式也存在著許多風(fēng)險(xiǎn)。未來的生物供電究竟還有哪些可能性，我們拭目以待。

來源：36氪