担心手机没电？未来或将用心跳供电

　　原标题:担心手机没电？未来或将用心跳供电

　　据国外媒体报道，目前科学家正在研究通过压电效应、热能转换、静电效应以及化学反应等多种方法将人体内的机械能、热能、化学能转换成电能，从而为可穿戴或可植入设备进行供电。

　　在《我歌唱我带电的身体》（I Sing the Body Electric）中，诗人沃尔特·惠特曼深情地讲述了“美丽、奇特、在呼吸、笑肌”的“行动和力量”。150多年后，麻省理工学院材料科学家兼工程师卡南·达格维伦（Canan Dagdeviren）和她的同事们正在用研究给惠特曼的诗赋予新的意义。她们正在研究一种可以依托人们心脏跳动而产生电力的装置。

　　现在的电子产品功能是如此强大，以至于智能手机的计算能力远远超过了1969年将第一批宇航员送上月球时美国国家航空航天局相关载人设备的处理能力。随着时间的推移，技术的飞速发展使得人们对于可穿戴设备或者可植入设备的期望越来越高。

　　大多数可穿戴设备和植入式设备的主要缺陷仍然在于电池的续航问题，其有限的电池容量会限制设备的长期使用。当心脏起搏器的电能耗尽后，你需要做的是为病人动手术而更换电池。从根本上解决这个问题的方法可能在于人体内部，因为人体蕴含的化学能、热能以及机械能都很丰富。这使得科学家们对于设备如何从人体获得能量进行了反复研究。

　　例如，一个人在呼吸时做出的运动可以产生0.83瓦的能量;人体在平静状态下的热量约为4.8瓦;一个人手臂进行运动时能量的高达60瓦。而一个心脏起搏器只需要百万分之五瓦的能量就可以持续工作七年，助听器只需要千分之一瓦就可以运行五天，而一瓦的能量可以让智能手机正常工作五个小时。

　　现在达格维伦和同事们正在研究如何使用人体本身作为设备能量的来源。研究人员已经开始在动物和人身上测试这种可穿戴设备或可植入设备。

　　其中一种能量收集策略涉及将来自振动，压力和其他机械应力的能量转换成电能。这种方法能够产生所谓的压电，通常用于扬声器和麦克风。

　　一种常用的压电材料是钛酸锆酸铅，但其较高的铅含量引起人们担心，因为铅对人体的毒性太大。达格维伦表示，“但是如果要将铅从结构上分解，需要加热到700摄氏度以上。”达格维伦说， “你永远无法在人体内达到这样的温度。”

　　为了利用压电效应，达格维伦和她的同事开发出可以粘贴在诸如心脏，肺和膈肌等器官和肌肉上的扁平装置。这些设备是“机械隐形”，因为它们的力学特性与它们所处环境较为相似，所以其在运动时不会妨碍到这些组织的正常工作。

　　到目前为止，这些设备已经在奶牛，绵羊和猪身上进行过测试，因为这些动物的心脏大小与人的心脏大小大致相同。“当这些设备发生被机械扭曲时，它们会产生正负电荷，电压和电流，这样一来完全可以收集这些能量给电池充电，”达格维伦解释说， “你可以使用它们来运行心脏起搏器等生物医学设备，而不用每六年或七年电池耗尽后进行手术更换。”

　　科学家们还在开发可穿戴式式压电能量收集器，这些能量收集器可以戴在膝盖或肘关节上，或放置在鞋子中，裤子或内衣上。这样，一个人走路或弯腰时就可以为电子产品进行发电。

　　在设计压电元件时，并不需要发电效果最好的材料，这似乎有些反直觉。例如科学家所采用的材料可能只有2％或更低的转化效率，而不是选择能够将机械能的5％转化为电能的材料。如果它转化得更多，“它可能会通过给身体施加更多的负荷来实现，但用户肯定不希望因此而感到疲倦，”达格维伦说。