智東西（公眾號：zhidxcom）
編譯 | 王健恩
編輯 | 高歌
智東西7月15日消息，美國加州大學圣地亞哥分校的研究人員發明了一種新型設備，戴在指尖上能夠通過手指出汗或輕按手指來發電，一晚上可以產生400毫焦耳的電量，足以支持電子手表（非智能手表）工作24小時。
這個設備看起來像一條薄而有韌性的帶子，可以像創可貼一樣纏繞在指尖上，穿戴者哪怕什么都不干，僅僅是坐著不動都能有源源不斷的能量產生，敲鍵盤、彈鋼琴，甚至是玩手機也會變成能量的來源。
這項研究于7月13日以一篇論文的形式發表在Joule雜志上，題目為A passive perspiration biofuel cell: High energy return on investment。
論文鏈接：
一、過去采集生物能過于低效，用指尖發電低投入高回報
過去十年間，可穿戴設備得到快速普及，但當前的穿戴設備主要依靠電池供電，能量和功率容量都有限，無法保證長期供電。因此，越來越多的科研人員將目光投向自供電可穿戴系統。
自供電可穿戴系統需要一種實用且高效的能量收集器來持續提供電力。然而，大多數生物能量采集器，是基于過度的身體運動而獲取能量，這是非常不切實際和低效的，只有不到1%的能量可以被收集。
為了解決這個問題，加州大學圣地亞哥分校的一組研究人員發明了一種裝置，可以從指尖的汗液中獲取能量，無需任何身體運動便可發電。
“我們設想這個設備可以用于任何需要‘觸摸’的場景，這是人們工作、生活中都會做的事情，目標是讓這款可穿戴設備自然地適合任何人。”納米工程教授Joseph Wang說。
指尖是身體上最容易出汗的部位，每一個指尖上都擠滿了上千個汗腺，產生的汗水比身體其他區域多100到1000倍。然而，指尖總是暴露在空氣中，汗水一出來就會蒸發。
“我們要做的是把汗水收集起來，它們可以產生大量能量，但是這并不意味著所有以汗水為能量源的設備都能在指尖工作。”論文的共同第一作者、納米工程博士生Lu Yin說。
“在指尖這樣如此小的區域收集汗水并使其可用需要一些創新性的材料，研究人員必須處理好設備的不同部分，使其具有超強的吸水性，并能夠有效地將汗水中的化學物質轉化為電能。”Lu Yin解釋道。
▲使指尖產生電能的貼片
二、讓汗液中乳酸與氧起化學反應而發電
這種設備可以戴在指尖上，將手指變成小型電子設備和傳感器的電源。這種設備的特別之處在于以汗液為能量，并且佩戴者無需進行任何動作就能發電。
使用時你僅需將這個條帶狀的設備纏繞于指尖上。當指尖出汗時，條帶上的碳泡沫電極墊能夠吸收汗水，而電極中的酶能觸發汗液中的乳酸分子和氧分子間的化學反應，從而產生電能。
另外電極下方是一個由壓電材料制成的芯片，按下時同樣會產生電能。當佩戴者出汗或按壓條帶時，電能會儲存在一個小型的電容器中，并在需要時釋放到其他設備。
▲基于觸摸的生物燃料電池和生物能量收集系統的操作示意圖
Lu Yin說：“這種設備是同類設備中的首創，與其他汗水驅動的可穿戴設備不同，這款可穿戴設備不需要鍛煉，也不需要佩戴者的身體投入就能發揮作用。這項工作可以讓可穿戴設備變得更實用、更方便、更容易被普通人接受。”
研究人員讓受試者將這個設備戴在一個指尖上，隨后受試者隨意打字和點擊鼠標，一個小時收集了近30毫焦耳能量。之后又讓受試者睡覺，10個小時的睡眠中收集了近400毫焦耳的能量，這足以為電子手表供電24小時。
“這只是一個指尖，如果將設備綁在其余十個指尖上，將產生10倍的能量。”研究人員稱。
“當你使用其他通過鍛煉收集能量的設備時，比如跑步，你投入數百焦耳的能量只能讓設備產生幾毫焦耳的能量，這種情況下你的能量投資回報非常低。而有了這個設備，你幾乎不用專門為此投入任何能量就能得到回報。”Lu Yin說道。
三、指尖發電要繼續改進，將為低功率設備供電
不過，盡管這個設備實現了指尖發電，但是還遠沒有到我們丟掉充電器和電源線的時候。
研究人員提到，該設備或將實現為在毫瓦范圍內運行的低功率電子設備（如手表）供電，尚不適合為智能手機等高性能電子設備持續供電。
該研究團隊的目標是讓這個設備變成一種實用設備，而不僅僅是證明有另一種可以產生少量能量的東西。他們希望最終可以利用這些能量為傳感器、顯示器等電子設備來供電。
為此，他們正在對這個設備進行進一步地改進，使其更加高效耐用。未來他們將研究把這個設備與其他類型的能量收集器相結合，以創建新一代自供電可穿戴系統。
結語：實用性仍待提高，拋開充電器仍是幻想
現在我們能接觸到的所有可穿戴設備如智能手環、無線耳機、智能眼鏡等都離不開各種充電設備，我們往往會在各種充電器和纏繞在一起的電源線中間忙的焦頭爛額。
用人體產生的生物能來發電，并給我們的可穿戴設備充電，好讓我們扔掉各種復雜的充電器，這是多么奇妙的一個幻想。而如今加州大學的研究人員讓這個幻想有了實現的可能。
不過指尖發電的效率、耐用性、實用性等方面仍有很多問題要解決，要實現這個奇妙的幻想還有很長的路要走。
來源：Joule、Tech Xplore
