如何把人的身体变成充电器?

  随着手机、平板电脑和笔记本电脑的普及,加上越来越多为保护健康而开发的植入式医疗器械和感应器,人们对电池和充电器的依赖越来越大。寻找新的充电方式,让人们摆脱对插座的依赖,成为世界各大实验室新的研究课题。

  为什么不利用人体自身能量来获取电力呢?从这个前提出发,不同科研小组设计了几种新的发电系统,可以生产少量电能,为家用电器充电。科研人员试图利用人体运动、身体热量甚至汗水来获取电能,这是最近几周展示的正处于研发初期的几个研究项目提出的建议。

  最具原创意识的一个建议来自加利福尼亚大学圣迭戈分校,该校科研人员设计出一款文身式生物电池,它不仅可以作为监测人体运动状况的感应器,还能够利用汗水来发电。

  一般来说,运动越剧烈,身体产生的乳酸就越多。在剧烈运动时,身体需要产生更多能量,因此会激活糖酵解代谢途径。而该过程的代谢产物除能量外,还有乳酸。职业运动员可以通过在体能测试中监测血液中的乳酸水平,来评估自己的健身和训练计划。另外,医生们也通过检测病人在运动中的乳酸水平,来进行疾病诊断,例如心脏病或肺病。目前,乳酸检测不但不方便,而且会干扰测试过程,因为血液样本必须要在运动过程中的不同时间点采集,然后进行分析处理。

  加利福尼亚大学圣迭戈分校研究人员贾文昭在美国化学学会年度会议和博览会上展示成果时解释说,他们发明了一种可以在运动过程中,更快速、容易和舒适地检测乳酸水平的方法。他们将一个柔软的乳糖传感器压印在文身贴纸上,传感器中含有一种酶,可以从乳酸分子中夺取电子从而产生弱电流为设备供电。研究者把文身贴纸贴在了10个健康志愿者的上臂,然后让他们在健身车上进行30分钟阻力不断增大的运动,同时测量设备产生的电流。这样,研究者们就能够在运动强度不断改变的情况下,持续监测汗液中的乳酸水平。

  随后,研究团队又利用这些研究结果制造了一个由汗液驱动的生物电池。电池阳极上附着的酶可以从乳酸分子中夺取电子,然后将电子传递到阴极上附着的电子受体上,从而产生电流。研究者让15名志愿者佩戴文身生物电池在健身车上进行运动。有意思的是,平时锻炼少的人比经常锻炼的人能够产生更多的电量。研究者认为这很有可能是因为,身体较弱的人会更快感到疲劳,使得糖酵解反应更早启动,因此产生了更多乳酸。

  目前该生物电池能获得的最大电量是每平方厘米皮肤70微瓦,因此这个装置还需要大力改进以便产生和存储更多电流,驱动电器。

  加拿大蒙特利尔工学院试图利用说话、进食时运动的颌骨的运动来获取电能,为植入性人工耳蜗、耳机和其他小电器充电。一次进食可以产生7微瓦的电流,他们设计的这个用来储存电量的设备是一根环绕下巴的皮带,使用压电材质制成,这种材质在拉伸和移动时就会产生电流。目前该装置能够储存的电量还远远不够耳机等小电器的供电。

  科研人士还希望利用这些能够在人们说话、吃饭或者做运动时生产电能的新型电池减轻当前电池对环境的危害,当前的常用电池如果不能得到适当回收的话,将会对环境造成很大污染。生物电池充电更快,利用的是可再生能源(例如汗液),发明者认为它们更加安全,因为不含化学产品,不能开发,而且它们是价格相对低廉的发电系统。例如颌骨发电器中最贵的部件是压电涂层,其总价格也才不过20美元。各位发明者表示,这些充电系统还需多加改善才能产生和存储足够驱动小电器的电能,但是它们证明了人体可以作为生产电能的源泉。

文章评级:★★★★★☆☆☆☆ 发表者:{geiwww}geiwww 10-13 [ 0]

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