可穿戴微電網：以汗水為動力

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  量子運行遠見
• 2023 年 1 月 4 日

洞察總結

可穿戴技術應用包括人體健康監測、機器人技術、人機接口等。 這些應用的進步導致了對無需額外設備即可自行供電的可穿戴設備的研究增加。

可穿戴微電網環境

研究人員正在探索可穿戴設備如何從個性化的汗液能量微電網中獲益，以擴展其功能。 可穿戴微電網是能量收集和存儲組件的集合，可讓電子設備獨立於電池運行。 個人微電網由傳感、顯示、數據傳輸和接口管理系統控制。 可穿戴微電網的概念源自“孤島模式”版本。 這個孤立的微電網包括一個小型發電機組網絡、分級控制系統和可以獨立於主電網運行的負載。

在開發可穿戴微電網時，研究人員必須考慮額定功率和應用類型。 能量收集器的大小將取決於應用需要多少功率。 例如，醫療植入式設備的尺寸和空間受到限制，因為它們需要大電池。 然而，通過使用汗水的力量，植入物有可能變得更小、用途更廣。

破壞性影響

2022 年，來自加利福尼亞州聖地亞哥大學的納米工程師團隊創建了一個“可穿戴微電網”，可以儲存汗水和運動產生的能量，為微型電子設備提供電力。 該裝置包括生物燃料電池、摩擦發電機（納米發電機）和超級電容器。 所有部件都非常靈活且可機洗，非常適合製作襯衫。 

該小組於 2013 年首次發現汗液收集設備，但此後該技術變得更加強大，可以容納小型電子設備。 在 30 分鐘的跑步和 10 分鐘的休息期間，微電網可以讓 LCD（液晶顯示器）手錶運行 20 分鐘。 與在用戶移動之前提供電力的摩擦發電機不同，生物燃料電池由汗液激活。

所有部件都縫在一件襯衫上，並通過印在織物上的細而柔韌的銀線連接，並塗有防水材料以進行絕緣。 如果襯衫沒有用洗滌劑清洗，反复彎曲、折疊、起皺或浸泡在水中，部件就不會分解。

生物燃料電池位於襯衫內部，從汗液中收集能量。 同時，摩擦發電機放置在軀幹的腰部和兩側附近，將運動轉化為電能。 這兩個組件都會在穿著者行走或跑步時捕獲能量，之後襯衫外部的超級電容器會暫時儲存能量，為小型電子設備提供電力。 研究人員有興趣進一步測試未來的設計，以便在人不活動或靜止時（例如坐在辦公室內）發電。

可穿戴微電網的應用

可穿戴微電網的一些應用可能包括： 

• 在鍛煉、慢跑或騎自行車期間為智能手錶和藍牙耳機充電。
• 醫療可穿戴設備，如生物芯片，由佩戴者的運動或體溫提供動力。
• 無線充電衣服穿上後儲存能量。 這一發展可能允許服裝將電力傳輸到智能手機和平板電腦等個人電子產品。
• 減少碳排放和能源消耗，因為人們可以在使用它們的同時為他們的小工具充電。
• 加強對可穿戴微電網其他潛在形狀因素的研究，例如鞋子、服裝和腕帶等其他配件。

需要考慮的問題

• 可穿戴能源還能如何增強技術和應用？
• 這樣的設備如何幫助您完成工作和日常任務？