可穿戴设备通过人体运动供电，可行吗？

来源： IntelligentThings

导读： 摩擦电纳米发电机 ，能采集人体运动的能量，为可穿戴设备进行供电。然而，还是有不少人怀疑其可行性和实用性。然而，最近韩国三星综合技术研究院的一项最新研究证明： 摩擦电纳米发电机能够 满足小型可穿戴设备和便携式设备的能耗需求。

关键字： 摩擦电纳米发电机、可穿戴、智能手机、传感器、能量

• 背景

可穿戴设备、传感器、智能手机等电子设备存在一个普遍问题：电池续航能力有限、需要反复充电。众所周知，这是影响设备性能和用户体验的一个十分重要的障碍。

为此，科研界和产业界都在不断改善电池性能，也在积极探索新的能量供应方式，采集外部能量为电子设备供电。这些外部能量包括：太阳能、热能、机械能等，它们都是而清洁和可再生的。

然而，采集这些能量，并将它们转化为电子设备可利用的电能，就需要特殊的装置。上个月，John 曾在《 新型摩擦电纳米发电机：灵感来源于中华传统剪纸！ 》一文中，介绍过一种超轻、菱形剪纸式样的「摩擦电纳米发电机」（TENGs），它就是一种可采集人体运动产生的机械能，并转化为电能的特殊设备。

摩擦电纳米发电机的工作方式很简单，它从周围的机械能中采集能量，这些机械能可以由人体运动例如跑步产生。

擦起电现象，是一种很早被人们认识到的自然现象，随时随地都可以进行，十分便捷。摩擦电纳米发电机，正是基于这一原理。当摩擦发生时，两层聚合物薄膜之间产生电荷会发生分离，从而形成电势差，经由外部电路即可形成电流，从而产生电能。

摩擦电纳米发电机的发明，为我们开启了能量采集和供给的新途径。未来，智能衣服、可穿戴设备、植入式医疗设备等等，都可以利用人体运动进行发电，实现“自供电”。

未来，也许我们将不用再担心手机没电，也无需到处寻找插座和充电宝。也许，走上一段路，或者运动一段时间，手机就又会有电了。

• 研究

然而，对于这么具有吸引力的前沿创新技术，或许不少朋友 不禁会问：

这种摩擦电纳米发电机，利用穿戴者日常运动产生的能量，足以给可穿戴电子设备供电吗？这种设备具有可行性和实用性吗？

为此，韩国三星综合技术研究院展开了最新研究，研究论文于本周发表在由美国物理学会出版的《APL材料》杂志上。下面，我们将介绍一下这项研究的主要内容和关键点。

为了提升摩擦电纳米发电机“最大可能能量” （maximum possible energy） ，研究人员主要研究了人体运动的形式，而且他们将人体运动分为两种类型，分别由速度和弹力来代表。

为了理解运动所产生的能量和电子设备的能耗需求之间的对比，我们看看研究人员论文中的一张图：

（a）：各种电子设备例如平板电脑、智能手机、耳机、智能手表、运动手环、电子书等等的功率以及一分钟所消耗的能量。

（b）：人体（身高175厘米，体重68公斤）各部分的运动例如头部运动、手臂运动、前臂运动、小腿运动、腿部运动、打字以及足球，一分钟内所消耗的能量。

第二张图显示：不同的速度和弹簧常数的情况下，每次运动输出的能量变化，红色的部分代表能量很高，蓝色的部分代表能量较低。

• 价值
  

对此，三星综合技术院的研究人员、论文的作者之一的 Hyeon-Jin Shin， 如此评论：