人体真的能发电？新技术让心跳为手机充电

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参考消息网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著作新的意义。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。

凭“空”发电!工程师造出第一台温差发电设备

参考消息网3月2日报道美媒称,麻省理工学院的工程师们创造出了一种设备,看似可以凭空发电,实际上是利用了空气。该设备依赖于气温起伏来发电,而非阳光、电池或风力。

据美国国际财经日报网站2月27日报道,该设备被称为热敏谐振器,它综合使用了精心定制的材料。

麻省理工学院化学工程教授迈克尔·斯特拉诺说:“我们建造了第一台热敏谐振器。它能放在桌上,看似凭空发电。我们身处的环境中一直有各种不同频率的气温起伏,这些是之前未被开发的能量来源。”

报道称,这样一套系统的材料需要在蓄热系数方面表现出色。蓄热系数描述了材料能够以多快的速度从周围环境中吸收或释放热量。蓄热系数是导热性与热容量的综合。前者指的是该材料能够以多快的速度传导热量,而后者指的是材料能够储存多少热量。

报道称,在大多数材料中,比如陶瓷,这两个特性中一个比较强,另一个就会比较弱——陶瓷导热性低,但热容量大。为规避这一问题,研究人员创造了一套系统,其基本结构是由镍或铜组成的泡沫金属,外面涂有石墨烯,这使得它具有更好的导热性能。接下来,研究者向泡沫金属中注入像蜡一样的相变材料,该材料被称为十八烷。十八烷可以在特定的气温区间内变成固体或液体。

麻省理工学院的研究生、新研究的第一作者安东·科特里尔说:“相变材料储存热量,而石墨烯能够很快导热。”

报道称,当测试新材料样品时,结果显示,昼夜温差仅10摄氏度就使得该材料产生了350毫伏电势和1.3毫瓦功率。这足以为小型通信系统或环境传感器提供电能。

该设备如何工作呢?该系统的一侧收集热量,这一热量慢慢传导到另一侧,而另一侧则落后一些,以达到平衡。据斯特拉诺介绍,泡沫金属、石墨烯和十八烷的结合使得该材料成为“迄今为止文献记载中蓄热系数最高的材料”。

麻省理工学院博士后、新研究的共同作者弗拉基米尔·科曼介绍,这样的系统也可以为探索其他星球的空间探测器提供持久的、低功率的能量来源。

澳大利亚皇家墨尔本理工大学工程学教授库鲁什·卡兰塔尔-扎德称,这种方法“很新颖,前景广阔”。他还说:“它可以在收集余能方面发挥意想不到的作用。要与其他收集能量的技术竞争,总是需要更高的电压和功率。不过,我个人觉得,通过向这一概念投入更多研究,很有可能会获得更多。这是一项有吸引力的技术,近期内许多人可能会跟进。”

报道称,新研究发表在《自然·通讯》杂志上,得到沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科学技术大学的奖金赞助。该大学希望利用这套系统为监测油气钻井井场的各种条件的传感器网络提供电力。

孩子们在观察一块超轻三维石墨烯新材料(2013年11月2日摄)。新华社发

云南瑞丽分布式地热发电项目试验成功

1月13日,在云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市的地美特瑞丽地热发电站内,一名工人在巡视地热发电设备的运转情况。1月13日,在云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市的地美特瑞丽地热发电站内,分布式地热发电集装箱组项目一期工程全部四台发电设备发电试验成功,机组生产过程中设备各项参数正常,状态控制良好。新华社记者冯为民摄

1月13日,在云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市的地美特瑞丽地热发电站内,一名工人在操作地热钻井平台动力系统。新华社记者冯为民摄

1月13日,在云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市的地美特瑞丽地热发电站内,一名工作人员在调节地热发电机组冷却水系统。新华社记者冯为民摄

这是1月13日拍摄的云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市的地美特瑞丽地热发电站一角。新华社记者冯为民摄

1月13日,在云南省德宏傣族景颇族自治州瑞丽市的地美特瑞丽地热发电站内,工人们在地热钻井平台引地热水用于发电。新华社记者冯为民摄

这是1月14日拍摄的地美特瑞丽地热发电站的地热发电机组。新华社记者冯为民摄

日研发电极可贴皮肤测肌肉活动激烈运动也不会脱落

参考消息网1月9日报道日媒称,日本开发出可测肌肉活动的皮肤电极。

据《日本经济新闻》1月8日报道,日本早稻田大学讲师藤枝俊宣与教授武冈真司等人用导电性高分子材料开发出可贴在皮肤上的薄片状电极,可测量肌肉的电信号。即使手腕关节进行激烈运动,电极也不会脱落。如果用于对运动员的肌肉活动状况进行解析,则有利于提高竞技水平。该电极还有望应用于进行健康管理的可穿戴终端。

日本研究小组与意大利技术研究机构用导电性高分子联合制作出厚度为数十至数百纳米的薄片。薄片极薄,即使不使用黏合剂也可以贴在皮肤上。人们一直以来使用的医疗用电极是凝胶体,在足球等激烈运动中容易脱落。

报道称,研究小组对手臂肌肉电信号进行测量发现,新电极具有与凝胶电极同样的功能。新电极贴在手腕皮肤上,即使手腕进行弯曲伸直的动作,电极的功能也没有下降。

美媒称中国研制新式发电系统为高能武器上舰做准备

参考消息网11月20日报道据美国《防务新闻》网站11月13日报道称,据悉,中国下一艘航母的常规动力系统研发取得突破,可以让飞机使用先进的弹射装置起飞。

美媒称,据香港《南华早报》援引消息人士的话说,由中国海军顶级工程师马伟明少将率领的一个团队开发出中压直流电传输网,取代以前的交流电系统。这种新系统属于综合动力系统的一部分,可以让常规动力航母安装电磁弹射器,电磁弹射器相比传统的蒸汽弹射器,具有很多优点,包括高效、精准、缩短飞机弹射周期等。

现在,有了这一突破,中国可以推进新的航母的建造计划。如果按计划安装电磁弹射器,就可以搭载多种多样的空中装备。

报道称,中国海军目前有一艘航母正在服役,另一艘国产航母目前正在舾装。后面这艘航母在“辽宁”号的基础上进行了略微改造,但2艘航母安装的都是滑跃甲板。

图为中国首艘国产航母下水后的状态

报道认为,滑跃甲板给中国海军的航母带来一些作战的局限性,因为滑跃甲板不能起飞更大、更重的飞机,比如美国海军的E-2“鹰眼”空中预警机或者C-2“快轮”舰载运输机。中国海军现在给“辽宁”号配备的是直-18运输直升机的改进型,作为航母的空中预警机。但是,相比“鹰眼”等固定翼涡轮螺旋桨飞机,直升机的续航时间大幅减少,飞行高度大幅降低,造成待命时间大幅减少,雷达作用距离大幅缩短。

报道称,有了新式发电系统,中国海军的军舰就能够装备磁轨炮和定向能武器等诸多新式武器。今年3月,马伟明在中国中央电视台上说,综合动力系统研究工作的“终极目的”是“解决高能武器上舰的问题”。随后,他还声称,中国的电磁弹射技术比美国海军“杰拉尔德·福特”级航母使用的装置

更加先进,更加可靠。今年7月,在入役后的试用中,“福特”号用电磁弹射器执行了第一次飞机起飞。

报道称,美国海军“杰拉尔德·福特”级航母在建造过程中就饱受各种问题困扰,尤其是在测试电磁弹射器改进型过程中发现了可靠性问题,美国改进电磁弹射器是为了让波音F/A-18E/F“超级大黄蜂”和EA-18G“咆哮者”飞机在携带外挂油箱的情况下能够从航母上弹射起飞。(编译/于晓华)

美发明最强微型生物太阳能电池能不分昼夜发电

参考消息网10月24日报道美媒称,来自美国宾厄姆顿大学、纽约州立大学的科研人员设计出一种微型生物太阳能电池,其能量密度和寿命均超过当前所有同类电池。

据美国每日科学网站10月17日报道,宾厄姆顿大学电学与计算机科学助理教授塞奥赫恩·崔(音)说,在资源有限和偏远地区,能够自供电的微流体芯片实验室系统对于没有或不用外部电源的即时诊断设备的使用至关重要。微型生物太阳能电池可以成为这些实际应用中最合适的电源,因为这种技术类似于地球的自然生态系统。

塞奥赫恩说:“微型生物太阳能电池通过微生物光合作用和呼吸活动可以不分昼夜持续发电,这提供了一种具有自给潜力的清洁可再生能源。但是,由于较低的电量和较短的使用寿命,这种前途光明的技术一直没有转化为实际应用。”

塞奥赫恩和博士生刘林(音)设计出一种高电量、长寿命的微型微流体生物太阳能电池,将为芯片实验室的应用提供实用、可持续的电力。这种生物太阳能电池的能量密度和使用寿命在当前所有微型生物太阳能电池中都是最高的。

塞奥赫恩还说:“该设备将让生物光能转化技术不再囿于概念性研究,并将提升其转化潜能,为即时诊断设备在资源有限和偏远地区独立和自给地开展活动提供实用、可持续的电力。”
  
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