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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(mén)的科技產(chǎn)品,但是對(duì)于這類(lèi)產(chǎn)品的續(xù)航問(wèn)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(pán)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(lái)自新加坡國(guó)立大學(xué)的一個(gè)科研小組開(kāi)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(lái)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(lái)進(jìn)行供電。通過(guò)將這個(gè)裝置附著到測(cè)試者的手臂和喉嚨處,通過(guò)握緊拳頭和說(shuō)話(huà)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(lái)點(diǎn)亮LED光源。這個(gè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃未來(lái)開(kāi)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(lái)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(lèi)的汗水轉(zhuǎn)化成電力、或者通過(guò)特殊的耳機(jī)將我們的下巴變成“發(fā)電機(jī)”??磥?lái),解決未來(lái)可穿戴設(shè)備的供電問(wèn)題,似乎還有許多另類(lèi)的途徑。
  
2.新型紋身:汗水轉(zhuǎn)化成電力
  
8月16日,美國(guó)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(guò)汗液發(fā)電,將來(lái)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(cè)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(jué),這與乳酸積累有關(guān)。對(duì)于肌肉來(lái)說(shuō),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(cè)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(lái)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(chǔ)存電流,從而形成所謂的生物燃料電池。
  
無(wú)論你其行車(chē)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?xún)?chǔ)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(lái)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(yáng)能電池
  
太陽(yáng)能電池不是只有發(fā)電場(chǎng)、路燈這些大型應(yīng)用,我們將看到微型版本的太陽(yáng)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(yáng)能手表已經(jīng)存在很多年了,Energy BioNIcs最近開(kāi)發(fā)的一款太陽(yáng)能手表不僅可以滿(mǎn)足自身需求,還可以為其它設(shè)備供電。
  
把太陽(yáng)能電池應(yīng)用于可穿戴設(shè)備上的一大問(wèn)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(méi)法產(chǎn)生能量了。不過(guò)從另一個(gè)角度看,這也讓太陽(yáng)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(yáng)能電池設(shè)計(jì)針對(duì)的是太陽(yáng)光,因?yàn)樘?yáng)光的強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于室內(nèi)常見(jiàn)光源。為解決這一問(wèn)題,一些新材料正在開(kāi)發(fā)出來(lái),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(duì)特定的半導(dǎo)體,只要出現(xiàn)溫差就會(huì)產(chǎn)生電流。
  
對(duì)可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō),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(duì)緊貼皮膚,能量需求又高的設(shè)備來(lái)說(shuō)很有潛力。熱電回收的一大優(yōu)勢(shì)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(lái)的振動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。
  
壓電收集所產(chǎn)生的能量相對(duì)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??茖W(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(chǎng)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(chǔ)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(chǔ)是另一個(gè)有很大提升空間的方面。這方面超級(jí)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(chǔ)器,從而不需要額外空間來(lái)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(duì)這一問(wèn)題,包括Intel在內(nèi)的芯片大廠正通過(guò)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(jiàn)的一些能量損失。
  
選擇最高效的連網(wǎng)技術(shù)對(duì)減少能量消耗也有很大幫助。展望未來(lái),越來(lái)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(kāi)發(fā)了優(yōu)化過(guò)的協(xié)議,使用相對(duì)IPv6更短的數(shù)據(jù)電報(bào),從而讓同等量級(jí)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(wú)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(hù)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(chǎng)。
 
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