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你想不到的可穿戴續(xù)航妙招,"致命傷"可痊愈

發(fā)布時(shí)間:2015-02-09 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】可穿戴設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)成為了一種非常熱門的科技產(chǎn)品,但是對于這類產(chǎn)品的續(xù)航問題,也成為了許多科學(xué)家及廠商們要解決的難題。本文就盤點(diǎn)了哪些你想不到的可穿戴續(xù)航妙招。
  
1.摩擦靜電轉(zhuǎn)化成可用能源
  
最近,來自新加坡國立大學(xué)的一個(gè)科研小組開發(fā)出了一種柔性小體積的裝置,可以將摩擦產(chǎn)生的靜電轉(zhuǎn)化成可用的能源。這個(gè)設(shè)備一段接觸到皮膚表面,而另一端則在下面覆蓋了一層金硅薄膜。同時(shí)這種裝置的兩端則分別有柱狀的硅橡膠,這種支柱設(shè)計(jì)可以帶來更大的電量輸出,同時(shí)允許更大的面積與皮膚接觸。
可穿戴設(shè)備供電
可穿戴設(shè)備供電
  
這個(gè)研究小組在2015年的IEEE MEMS會(huì)議上展出了自己的研究成果,并且證明產(chǎn)生的電能可以為一些設(shè)備來進(jìn)行供電。通過將這個(gè)裝置附著到測試者的手臂和喉嚨處,通過握緊拳頭和說話分別可以產(chǎn)生7.3v和7.5v的電壓。如果不斷磨擦手紙,最高可以產(chǎn)生90v的電壓,可以直接用來點(diǎn)亮LED光源。這個(gè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃未來開發(fā)出體積更大的電池,這樣就可以更加充分的利用人體皮膚摩擦帶來的電能。
  
其實(shí)除了這種摩擦供電的電池之外,其實(shí)之前世界上還出現(xiàn)了許多其它形式的研究。比如一種新型紋身可以將人類的汗水轉(zhuǎn)化成電力、或者通過特殊的耳機(jī)將我們的下巴變成“發(fā)電機(jī)”??磥恚鉀Q未來可穿戴設(shè)備的供電問題,似乎還有許多另類的途徑。
  
2.新型紋身:汗水轉(zhuǎn)化成電力
  
8月16日,美國加州大學(xué)圣迭戈分校研究人員約瑟夫·王(Joseph Wang)發(fā)明一種臨時(shí)智能紋身,可通過汗液發(fā)電,將來有一天為手機(jī)和其他可穿戴設(shè)備提供電力。
智能紋身供電
智能紋身供電
  
這種紋身會(huì)粘附在你的皮膚上,檢測汗液中化學(xué)乳酸水平,然后利用這種乳酸制造微型燃料電池。當(dāng)我們鍛煉至精疲力竭之時(shí),肌肉通常會(huì)有灼燒感覺,這與乳酸積累有關(guān)。對于肌肉來說,乳酸是一種廢物,是新陳代謝的一個(gè)終點(diǎn)。
  
運(yùn)動(dòng)生理學(xué)家已經(jīng)可以檢測人體肌肉或血液中所含乳酸水平。當(dāng)乳酸從汗液中釋放出來后,新的傳感技術(shù)誕生了。王發(fā)明的智能紋身中有一個(gè)傳感器,可吸引乳酸中的電子,乳酸可以產(chǎn)生電流。王估計(jì),每平方厘米皮膚可產(chǎn)生70微瓦電量。研究人員向乳酸傳感器中增加電池,以捕捉和儲存電流,從而形成所謂的生物燃料電池。
  
無論你其行車或是走路,你出汗越多,體內(nèi)產(chǎn)生的乳酸就越多,這意味著電池中可以儲存的電量就越多?,F(xiàn)在,這種智能紋身只能產(chǎn)生很少的電量,但研究人員希望這種生物燃料電池將來有一天可產(chǎn)生足夠電量,為智能手表、心率監(jiān)控器或智能手機(jī)供電。
  
摩托羅拉也曾創(chuàng)造一種臨時(shí)紋身,可以由于為手機(jī)解鎖。也許你下一個(gè)手機(jī)必備配件,可能只需要身體上的一小塊墨跡了。
 
3.太陽能電池
  
太陽能電池不是只有發(fā)電場、路燈這些大型應(yīng)用,我們將看到微型版本的太陽能電池為可穿戴設(shè)備提供足夠的能量。不需要電池的太陽能手表已經(jīng)存在很多年了,Energy BioNIcs最近開發(fā)的一款太陽能手表不僅可以滿足自身需求,還可以為其它設(shè)備供電。
  
把太陽能電池應(yīng)用于可穿戴設(shè)備上的一大問題是,設(shè)備需要光照才能發(fā)電,一旦光線被遮住,比如在袖子下面,就沒法產(chǎn)生能量了。不過從另一個(gè)角度看,這也讓太陽能電池成為智能服裝的一個(gè)好選擇,柔性電池甚至可以直接縫進(jìn)織物中去。
  
傳統(tǒng)的太陽能電池設(shè)計(jì)針對的是太陽光,因?yàn)樘柟獾膹?qiáng)度要遠(yuǎn)高于室內(nèi)常見光源。為解決這一問題,一些新材料正在開發(fā)出來,能夠在室內(nèi)發(fā)電,效率也大大提高。
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4.熱電收集
  
熱電收集是把熱能轉(zhuǎn)換為電能,使用的物理原理叫塞貝克效應(yīng)。珀耳帖元件加上一對特定的半導(dǎo)體,只要出現(xiàn)溫差就會(huì)產(chǎn)生電流。
  
對可穿戴設(shè)備來說,不斷散發(fā)熱量的人體可以作為熱的一端,環(huán)境則成為冷的一端。產(chǎn)生能量的多少取決于高低溫度之間的Δ值。珀耳帖元件可以收集很多能量,因而對緊貼皮膚,能量需求又高的設(shè)備來說很有潛力。熱電回收的一大優(yōu)勢是能量源源不斷,不管是室內(nèi)還是室外,白天還是黑夜都能利用。
  
5.壓電收集
  
壓電收集把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在壓電元件中,由于壓電效應(yīng),只要元件受到機(jī)械力操縱就會(huì)產(chǎn)生微小的電流。在可穿戴設(shè)備上的應(yīng)用,壓電元件的設(shè)計(jì)通常是靠行走、呼吸或手的運(yùn)動(dòng)所帶來的振動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。
  
壓電收集所產(chǎn)生的能量相對較少,這使它的應(yīng)用主要限制在耗電較少的設(shè)備以及總是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的身體部位。科學(xué)家正在研發(fā)的聚合物壓電纖維具有柔韌透氣的特點(diǎn),可以置入織物當(dāng)中,也有很廣泛的應(yīng)用場景。
可穿戴續(xù)航妙招
可穿戴續(xù)航妙招
 
6.優(yōu)化可穿戴設(shè)備的電量存儲和消耗
  
想要讓可穿戴設(shè)備徹底不用充電,能量收集只是一方面。能量存儲是另一個(gè)有很大提升空間的方面。這方面超級電容器和石墨烯潛力巨大。神奇材料石墨烯可以大幅改善電池和電容的效率,從而提高可穿戴設(shè)備的整體性能。而結(jié)構(gòu)電容器可以把可穿戴組件變成能量存儲器,從而不需要額外空間來安放電池。
  
另一個(gè)讓可穿戴設(shè)備提高續(xù)航甚至完全不用充電的方法是大幅減少傳感器、芯片和通信系統(tǒng)的能量消耗。智能手機(jī)的成功推動(dòng)了低能耗高性能芯片的發(fā)展??纱┐髟O(shè)備的處理器所需要計(jì)算能力和能量還更少。為應(yīng)對這一問題,包括Intel在內(nèi)的芯片大廠正通過把處理器、內(nèi)存和通信模塊整合到單一芯片中去,從而減少常見的一些能量損失。
  
選擇最高效的連網(wǎng)技術(shù)對減少能量消耗也有很大幫助。展望未來,越來越多的傳感器和設(shè)備佩戴在身體的不同部分,使得名為“身體區(qū)網(wǎng)絡(luò)”的高效通信方式在節(jié)省能量方面潛力巨大。諸如EnOcean等公司開發(fā)了優(yōu)化過的協(xié)議,使用相對IPv6更短的數(shù)據(jù)電報(bào),從而讓同等量級的信息傳輸所消耗的能量顯著降低。
  
所有這些不同方面的改進(jìn)都在推動(dòng)可穿戴設(shè)備步入一個(gè)不用充電的時(shí)代,同時(shí)大幅提高性能表現(xiàn)。加上無線充電等技術(shù),消費(fèi)者可能很快就會(huì)看到可穿戴設(shè)備用戶體驗(yàn)的大幅提升,而這也會(huì)進(jìn)一步把可穿戴推向更廣泛的市場。
 
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