加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的納米工程師開(kāi)發(fā)了一種 "可穿戴微電網(wǎng)"，可以從人體中收集和儲(chǔ)存能量，為小型電子產(chǎn)品供電。它由三個(gè)主要部分組成：以汗水為動(dòng)力的生物燃料電池、被稱為三電發(fā)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力裝置和儲(chǔ)能超級(jí)電容器。所有部件都是柔性的，可清洗的，并可絲網(wǎng)印刷到衣服上。

發(fā)表在《自然通訊》上的一篇論文報(bào)道了這項(xiàng)技術(shù)，它從社區(qū)微電網(wǎng)中獲得了靈感。研究人員應(yīng)用微電網(wǎng)的概念來(lái)創(chuàng)建可持續(xù)、可靠和獨(dú)立供電的可穿戴系統(tǒng)。就像城市微電網(wǎng)整合了風(fēng)能和太陽(yáng)能等各種本地可再生電源一樣，可穿戴式微電網(wǎng)整合了一些設(shè)備，這些設(shè)備可以從身體的不同部位局部采集能量，比如汗水和運(yùn)動(dòng)，同時(shí)包含能量存儲(chǔ)功能。

       這件襯衫從人體采集并儲(chǔ)存能量，為小型電子產(chǎn)品供電。它結(jié)合了穿戴者的汗水和運(yùn)動(dòng)的能量，為可穿戴設(shè)備提供可持續(xù)的電力?？纱┐魇轿㈦娋W(wǎng)由柔性電子部件組合而成，這些部件是由加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授Joseph Wang的納米生物電子學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的，他是加州大學(xué)圣地亞哥分校可穿戴式傳感器中心的主任，也是本次研究的通訊作者。每個(gè)部件都被絲網(wǎng)印刷到襯衫上，并以優(yōu)化收集能量的方式放置。

       從汗水中收集能量的生物燃料細(xì)胞位于襯衫內(nèi)部的胸部。將運(yùn)動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置，稱為三聯(lián)發(fā)電機(jī)，位于襯衫外的前臂和軀干兩側(cè)靠近腰部的位置。它們從行走或跑步時(shí)手臂對(duì)軀干的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)中收集能量。胸前襯衫外的超級(jí)電容器暫時(shí)儲(chǔ)存這兩個(gè)設(shè)備的能量，然后放電為小型電子產(chǎn)品供電。

       從運(yùn)動(dòng)和汗水中收集能量，使可穿戴微電網(wǎng)能夠快速、持續(xù)地為設(shè)備供電。只要用戶開(kāi)始移動(dòng)，在出汗之前，三電發(fā)電機(jī)就會(huì)立即提供電力。一旦用戶開(kāi)始出汗，生物燃料電池就開(kāi)始提供電力，并在用戶停止移動(dòng)后繼續(xù)提供電力。

       當(dāng)你把這兩者加在一起的時(shí)候，它們就能彌補(bǔ)彼此的不足。它們相輔相成，協(xié)同作戰(zhàn)，可以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和持續(xù)供電。整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)速度比僅有生物燃料電池單獨(dú)啟動(dòng)快2倍，持續(xù)時(shí)間比單獨(dú)使用三電發(fā)電機(jī)長(zhǎng)3倍。

       可穿戴式微電網(wǎng)在30分鐘的時(shí)間內(nèi)對(duì)一名受試者進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括在自行車機(jī)上運(yùn)動(dòng)或跑步10分鐘，然后休息20分鐘。在整個(gè)30分鐘的測(cè)試過(guò)程中，該系統(tǒng)能夠?yàn)?/span>LCD腕表或小型電致變色顯示器供電。

       生物燃料細(xì)胞配備了酶，可以觸發(fā)人體汗液中乳酸和氧氣分子之間的電子交換，從而產(chǎn)生電力。Wang的團(tuán)隊(duì)在2013年發(fā)表的一篇論文中*報(bào)道了這些汗液收集可穿戴設(shè)備。他們與加州大學(xué)圣地亞哥可穿戴傳感器中心的同事合作，后來(lái)更新了這項(xiàng)技術(shù)，使其具有可伸展性和強(qiáng)大的功能，足以運(yùn)行小型電子產(chǎn)品。

    三電發(fā)生器由一種帶負(fù)電的材料制成，放置在前臂上，另一種帶正電的材料，放置在軀干的兩側(cè)。當(dāng)行走或奔跑時(shí)，手臂與軀干擺動(dòng)時(shí)，帶相反電荷的材料會(huì)相互摩擦并產(chǎn)生電力。每種可穿戴設(shè)備都能提供不同類型的電力。生物燃料電池提供連續(xù)的低電壓，而三電發(fā)電機(jī)則提供高電壓脈沖。為了讓系統(tǒng)為設(shè)備供電，需要將這些不同的電壓組合起來(lái)，并調(diào)節(jié)成一個(gè)穩(wěn)定的電壓。這就是超級(jí)電容器的作用，它們就像一個(gè)蓄水池，可以暫時(shí)存儲(chǔ)來(lái)自兩種電源的能量，并可以根據(jù)需要進(jìn)行放電。