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穿戴式设备新成果,透过双脚、神奇背包走路就能发电

2024-11-23 208

如果走路就可以发电,将行走的动能转换成电力,那么我们或许就不用频频担心手机电量了,近年来有些科学团队在探索替代能源时,把脑筋转移到了“人体”身上,已提出不少有趣的发电装置概念。

这种装置也被称为生物机械能量收集器(Biomechanical energy harvesters),就可把走路所产生的动能转成电能,不需要外来电力,即可自给自足。

像是最近香港中文大学便看好人体最能自在活动的关节:膝盖,想要透过滑件曲柄机构(slider-crank mechanism)实现发电目标。乍听之下滑件曲柄机构是个让人摸不着头绪的名词,但它很常出现在压缩机、内燃机等机械设备,活塞就是设备的一部分,而香港中文大学团队想把新型滑件曲柄机构装设在双脚与膝盖上,将膝盖的旋转运动转换为直线运动。

(Source: American Institute of Physics)

新型滑件曲柄机构重约 307 克,主要由一根连接膝盖与小腿的杆子、小腿肚上的滑件跟压电纤维复合材料(MFC)碳纤维带组成,当人们行走时,会带动杆子上下移动,并在滑件行往复作用,而碳纤维带也连接着杆子顶端跟滑件,MFC 材料弯曲时就会产生电力。

若以每小时行走 2 到 6.5 公里的速度,约可产生 1.6 微瓦电力,足以供电健康检测或是 GPS 等设备,研究实验也指出,人们也不用担心配戴该设备会增加负担,未来希望能应用在登山或是远行用途。

相较于香港中文大学研发的“11 路发电设备”,加拿大皇后大学推出的发电背包就比较重,重达 9 公斤以上,跟中型犬或是橘猫差不多,毕竟包包里有一个会随着行走前后摆动的摆锤,而摆锤顶端重量愈重、动量就愈大。

(Source:Royal Society Open Science)

皇后大学研究员建造了不同大小的发电后背包,不同轻重会产生不同大小的电力,当摆锤重达 9 公斤时,可以为紧急讯号跟 GPS 设备供电,如果要帮手机充电,可能还要增加 15 公斤。研究员表示,这个设备优点在于可帮助科学家或探险家,在偏远地区进行研究。

只不过它的缺点也很明显,太重了,因此团队也表示希望能在不影响发电的情况下,大幅减轻设备重量。

面对能源难题,各界的科学家都正绞尽脑汁想创造更多电力来源,根据先前美国史丹佛大学研究,全球民众平均每天走 4,961 步,若能善用每一步的能量并加以利用,帮手机充电之余,说不定还能稍稍减少电力压力。不过距离这个目标,还有一段距离就是了。

  • Wearable device harvests energy from bending of the knee
  • Harvesting Energy from the Human Knee
  • A backpack that generates electricity using side-to-side movement from walking

(首图来源:Flickr/Kevin Neubauer CC BY 2.0)

2019-07-19 20:17:00

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