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可穿戴或可植入装置以人体为能量源的机器《资讯》

发布时间:2020-08-17 14:16:45 阅读: 来源:摩擦磨损试验机厂家

2018-04-19 19:15:14来源: 贤集网

4月18日报道美媒称,在《我歌唱带电的肉体》中,诗人沃尔特·惠特曼深情地描述了“美妙、不寻常、带着呼吸、愉悦的肉体”的“动作和力量”。150多年后,麻省理工学院材料科学家、工程师卡南·达代维伦及其同事正在用一种装置赋予惠特曼着作新的意义。这种装置能够响应心跳而出现变形,从而产生电能。

据美国《大西洋》月刊4月刊文称,如今的电子学已经非常强大,一部智能手机的运算能力超越了1969年首次把人类送上月球时美国国家航空航天局的全部运算能力。随着时间流逝,惊人的技术进步令人产生这样的希望:在穿戴装置,甚至植入装置帮助下,人体的能力也可以变得更强大。

文章认为,大多数可穿戴和可植入装置的一个主要缺点仍然是电池,其有限的容量不利于长期使用。比如,心脏起搏器没电了,你最不想做的事情是给病人开刀,只为了更换电池。这个问题的解决方案也许藏在人体内部。人体富含能量,以化学、热量和力学形式存在。有鉴于此,科学家们想方设法研制能够从人体采集能量的装置。

例如,人类呼吸时制造的类似喊叫动作产生的能量功率为0.83瓦特,而人体热量产生的能量功率可达4.8瓦特。胳膊活动产生的能量功率高达60瓦特。这并非不值一提,因为心脏起搏器工作7年时间所需功率仅为1瓦特的两万分之一,助听器工作5天只需1瓦特的千分之一,智能手机工作5小时只需1瓦特。

文章称,目前,达代维伦和其他人正在设计以人体为能量源的机器。研究人员越来越频繁地在动物模型和人体上测试这种可穿戴或可植入装置。

有一种能量采集方式是这样的,把震动、压力以及其他力学应力的能量转化为电能。这种方式产生大家所称的压电,常用于扬声器和麦克风。

为了利用压电,达代维伦及其同事研制了扁平装置,可粘到器官和肌肉上,例如心脏、肺和隔膜上。这种装置的力学特性与附着载体相似,因此不影响那些人体组织。

迄今为止,这种装置已在奶牛、羊和猪身上进行了试验。这些动物的心脏大小跟人类心脏大致相同。达代维伦解释说:“这些装置出现力学畸变时,可产生正负电荷、电压和电流。你可以利用这些能量,给电池充电。你可以用这种电池给生物医学设备供电,例如心脏起搏器。这样人们就不用每隔6到7年更换电池了。”

科学家还在研制可穿戴压电能量收集器,可穿戴在膝肘关节上,或者鞋子、裤子和内衣里。这样的话,一个人只要走路或是弯曲手臂就能发电。

另一种不同的能量采集方式是,利用热电材料把身体热量转化为电能。达代维伦指出:“你的心脏一年跳动超过4000万次。”所有能量都耗散为身体内的热量,这是富饶的潜在能量源,可作其他用途。

科学家正在探索可穿戴热电装置。理论上,人体的热量能够产生足够的电能,为无线健康监测器、人工电子耳、脑深层刺激器供电,从而治疗诸如帕金森病等病症。

文章称,此外,科学家还在研究如何通过摩擦电和生物燃料供电。但达代维伦称,目前这些装置都还没有上市。她预测,也许不到10年时间,人们就可以买到这些装置。

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