核心提示：能量收集技術(shù)給移動(dòng)或可植入醫(yī)療設(shè)備供電創(chuàng)造了極好的機(jī)會(huì)。本文主要介紹了十種不同的人體運(yùn)動(dòng)能量收集設(shè)備和技術(shù)，這些設(shè)備和技術(shù)可能處于不同的原型創(chuàng)建和應(yīng)用階段。

　　從人體運(yùn)動(dòng)收集的生物機(jī)械能是一種非常有前途的清潔能源，完全可以用來替代電池給移動(dòng)電子設(shè)備供電。能量收集技術(shù)是指使用環(huán)境能量向小型和移動(dòng)的電氣或電子設(shè)備提供電能。在我們身處的環(huán)境中共有四種主要的環(huán)境能源，它們是機(jī)械能(振動(dòng)、變形)、熱能(溫度梯度或變化)、幅射能(太陽光、紅外線、射頻)和化學(xué)能(化學(xué)物質(zhì)、生物化學(xué))。

　　市場(chǎng)研究公司IDTechEX在最近發(fā)表的題為“2012年能量收集行動(dòng)”報(bào)告中指出，2011年在能量收集元件本身方面的支出已達(dá)7億美元，預(yù)計(jì)到2022年將增加到接近50億美元。

　　移動(dòng)電子設(shè)備的普及促進(jìn)了新能源的開發(fā)。人體能源是一種新的替代品，它具有總是可用的優(yōu)點(diǎn)，不需要化學(xué)燃料或補(bǔ)充措施。

　　事實(shí)上，人體在從熱量散發(fā)、關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)、體重作功、重心垂直位移以及組織和其它附屬臟器的彈性變形等資源產(chǎn)生可用電能方面是非常靈活的，這就給收集能量給移動(dòng)或可植入醫(yī)療設(shè)備供電創(chuàng)造了極好的機(jī)會(huì)，而且這些設(shè)備可以使用很長時(shí)間，甚至實(shí)現(xiàn)永久供電。

　　下面介紹了十種不同的人體運(yùn)動(dòng)能量收集設(shè)備和技術(shù)，這些設(shè)備和技術(shù)可能處于不同的原型創(chuàng)建和應(yīng)用階段。

　　耳朵供電的電池:聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

　　這種芯片小到足以安裝在中耳腔內(nèi)。

　　由美國麻省理工學(xué)院、馬薩諸塞州眼耳醫(yī)院以及哈佛與麻省理工大學(xué)的聯(lián)合健康科學(xué)技術(shù)中心專家組成的科研小組成功地收集到老鼠內(nèi)耳的能量給小型傳感器件供電。耳蝸電壓的工作原理像生物電池一樣，可以將聲壓波形轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并發(fā)送到大腦。這些研究人員開發(fā)的芯片可以在不影響正常聽力的情況下收集到這種電能。

　　最終這些器件可以做到監(jiān)視聽力或平衡感受傷的人的耳朵內(nèi)的生物活動(dòng)，或?qū)χ委熥鞒鲰憫?yīng)，甚至可能自己提供治療手段。

　　實(shí)用!膝關(guān)節(jié)壓電能量收集器

　　上面照片所示為：(a)膝關(guān)節(jié)壓電收集器。它佩戴在膝蓋的外側(cè)，并用背帶固定。內(nèi)部有一個(gè)匯聚中心，攜帶了許多雙壓晶體管元件。隨著走路時(shí)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)，呈環(huán)形安裝的撥子將對(duì)這些元件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。(b)這種收集器的幾何細(xì)節(jié)顯示了這種安裝好的雙壓電晶片元件的側(cè)視圖(上)和頂視圖。

　　來自克蘭菲爾德大學(xué)、利物浦大學(xué)和索爾福德大學(xué)的英國研究人員組成的一個(gè)小組計(jì)劃開發(fā)一種壓電能量收集器，這種收集器將佩戴在膝關(guān)節(jié)上，依靠采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)上變頻。這種能量收集器設(shè)計(jì)安裝在膝部外側(cè)，呈圓形，由一個(gè)外環(huán)和一個(gè)匯聚中心組成。當(dāng)人在走路狀態(tài)時(shí)，外環(huán)隨膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)而不斷旋轉(zhuǎn)。外環(huán)上安裝有72個(gè)撥子，這些撥子用于“采集”連接內(nèi)部中心軸的能量產(chǎn)生臂。

　　由于能量收集器捆綁在膝關(guān)節(jié)上，因此用戶通過簡單的行走就能給心率計(jì)、計(jì)步器和加速度計(jì)等人體監(jiān)護(hù)設(shè)備供電，而且不用擔(dān)心用完電能和更換電池。