Wei Gao 的摩擦發(fā)電機(jī)由常用的商業(yè)材料制成，并在佩戴者移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電力。來源：加州理工學(xué)院

可以監(jiān)測心率和體溫以及血糖和代謝副產(chǎn)物水平的廉價(jià)可穿戴傳感器的出現(xiàn)，使研究人員和衛(wèi)生專業(yè)人員能夠不同的方式監(jiān)測人類健康。但與所有電子設(shè)備一樣，這些可穿戴傳感器需要電源。電池是一種選擇，但不一定是理想的，因?yàn)樗鼈兛赡荏w積大、重且沒電。

加州理工學(xué)院的 Wei Gao 是 Andrew 和 Peggy Cherng 醫(yī)學(xué)工程系醫(yī)學(xué)工程助理教授，他一直在開發(fā)這些傳感器以及利用人體本身為它們供電的新方法。此前，他創(chuàng)建了一種傳感器，可以監(jiān)測由汗液本身驅(qū)動(dòng)的人體汗液中的健康指標(biāo)。

現(xiàn)在，Gao 開發(fā)了一種為無線可穿戴傳感器供電的新方法：他收集人在移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能。

這種能量收集是通過附著在人體皮膚上的薄薄的三明治材料（特氟龍、銅和聚酰亞胺）來完成的。當(dāng)人移動(dòng)時(shí)，這些材料片與由銅和聚酰亞胺制成的滑動(dòng)層摩擦，并產(chǎn)生少量電力。這種被稱為摩擦電的效應(yīng)可能用一個(gè)人在走過鋪有地毯的地板然后觸摸金屬門把手后可能受到的靜電電擊來說明。

“我們的摩擦發(fā)電機(jī)，也稱為納米發(fā)電機(jī)，有一個(gè)固定在軀干上的定子和一個(gè)連接在手臂內(nèi)側(cè)的滑塊。在人體運(yùn)動(dòng)期間，滑塊會(huì)靠在定子上滑動(dòng)，并且電流是同時(shí)產(chǎn)生的，”高說?！斑@個(gè)機(jī)制很簡單。摩擦?xí)a(chǎn)生電能。這在概念上并不是什么新鮮事?！?/p>

高說，新的是研究團(tuán)隊(duì)如何制造納米發(fā)電機(jī)。

“我們沒有使用花哨的材料，而是使用市售的柔性電路板，”他說。“這種材料價(jià)格便宜，非常耐用，并且在很長一段時(shí)間內(nèi)機(jī)械堅(jiān)固?！?/p>

納米發(fā)電機(jī)不會(huì)產(chǎn)生大量電力；確實(shí)，需要一個(gè)表面積為 100 平方米的設(shè)備來為 40 瓦的燈泡供電。然而，高的可穿戴傳感器的功率要求較低，系統(tǒng)將產(chǎn)生的電力存儲(chǔ)在電容器中，直到有足夠的電量從傳感器讀取數(shù)據(jù)并通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)無線發(fā)送到手機(jī)。一個(gè)人移動(dòng)得越多，傳感器收集數(shù)據(jù)的頻率就越高。然而，即使這個(gè)人相當(dāng)久坐，傳感器也會(huì)積累足夠的能量來運(yùn)行。

高希望使用通過多種方法產(chǎn)生的能量來運(yùn)行他的可穿戴傳感器。例如，可穿戴設(shè)備可能會(huì)使用汗水、摩擦發(fā)電機(jī)和小型可穿戴太陽能電池板產(chǎn)生的電力。

描述這項(xiàng)研究的論文發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志的第 40 期，題為“由人體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的無線無電池可穿戴汗液傳感器”