这台机器可以把你的快步走转化为可用的能量

想象一下，你的身体就像一块人体电池。当你走路或跑步时——或者做一些更慢的事情，比如打字——你会产生能量，为你的智能手机、智能手表、医疗传感器或其他低功耗设备供电。你移动得越快，产生的电能就越多。听起来很牵强？其实可能比你想象的更接近现实。科学家预测，这项创新可能在三年内成为现实，它来自一种名为摩擦纳米发电机（TENG）的设备，它能够从人类运动中捕获动能，以及其他非人类能源，如风、波和机器振动。TENG 依靠两种或多种材料之间的接触来发电。

“我们都经历过这样的情况：用气球摩擦头发会粘在墙上或吸引小纸片，”萨里大学博士生、该项目首席科学家 Ishara Dharmasena 说道。“在干燥的天气里，我们的衣服往往会粘在皮肤上。我们都经历过皮肤变白。所有这些都是由于摩擦电效应或静电充电。TENG 利用摩擦电效应将运动转化为电能。”

他解释说，在实际应用中，TENG 会连接到运动源，例如振动机、衣物，TENG 层的接触/摩擦作用会导致摩擦电表面带电。当带电的摩擦电表面彼此相对移动（接触和分离或滑动）时，就会产生电流。

“功率输出显然取决于活动水平，”Dharmasena 说道。“动作越快，产生的功率就越大。这项技术可以用于低频动作，也就是步行、打字、手臂运动等较慢的动作……[这些动作]与普通人的典型日常动作有关。”

气候变化的影响激发了大量研究，旨在寻找创新的清洁和可再生能源方式，以替代加剧全球变暖的温室气体排放化石燃料。萨里大学的研究人员是众多致力于利用人体作为能源的科学家之一。例如，纽约州立大学布法罗分校和中国科学院半导体研究所 (IoP) 也在进行与萨里大学类似的研究，而其他科学家正在试验特殊的室外人行道和室内地板，当人们在上面行走或跑步时，它们可以收集能量并将其转化为电能。

“世界迫切需要新型的、经济实惠且可持续的能源，”该大学先进技术研究所 (ATI) 主任拉维·席尔瓦 (Ravi Silva) 表示。“TENG 可以在实现这一梦想的过程中发挥重要作用。TENG 不仅为消费电子行业提供了绝佳的机会，而且它们是一种令人难以置信的令人兴奋的材料组，可用于所有国家和国家电网无法覆盖的偏远地区，尤其是用于收音机。”

Dharmasena 表示同意。“全球能源结构的未来将取决于可再生能源，而 TENG 使我们能够从周围环境中获取能源，”他说。“这项研究重新定义了我们理解能源收集的方式，并让世界各地的研究人员能够利用摩擦纳米发电机的真正能力。我们现在希望这项技术能够应用于家用和工业电子产品，满足新一代移动和自主能源需求。”

萨里大学的科学家们均来自 ATI，他们最近发表了关于如何构建最高效 TENGS 的分步指南，旨在改进其设计和功率输出，并鼓励其他科学家制造它们。他们的研究发表在《先进能源材料》杂志上。

“TENG 的构造非常简单，只需将两片塑料片放在一起，并在其背面涂上一层金属即可，”Dharmasena 说道。“这些塑料片的接触、分离或滑动会导致塑料摩擦带电，其运动会产生电能。通过将两根电线连接到金属层即可获得电流。可以使用各种塑料、金属、织物等设计和开发不同类型的 TENG。它们可以用棉或丝绸等织物制成，这些织物是良好的摩擦电材料。它们也可以制成不同的颜色或透明、厚度和形状。因此，它们可以集成到服装中，提供出色的可穿戴性和舒适性。”

他说，TENG 可以制造得小到可以装进手镯或鞋垫里，而大型 TENG 则可以设计成适合铺在人行道或智能地板上。“我们可以用 TENG 覆盖机器或车辆的一部分，”他说。“一些研究小组已经展示了开发 TENG 来模拟皮肤（人造皮肤或二次皮肤）或可以植入人体 [或] 动物体内的能力。”

他说，这项发明有两种用途，一种是将其整合到由用作动力装置的织物制成的衣服中，另一种是将其作为模块附在电子设备附近。“在这两种情况下，TENG 都可以从行走、跑步、手臂和腿部运动等中提取运动能量，并帮助为电子设备供电，”他说。

目前，能量收集需要多种技术的组合。“目前，TENG 可以产生间歇性输出，即功率/电流不是连续的，而是随着运动而变化，”他说。“因此，它们需要与电容器等结合使用，以确保有效的电源。”

不过，他补充道：“TENG 非常适合为远程传感器供电，例如，放置在屋外的电传感器，它可以通过捕获风来工作，以及需要高移动性的设备，例如附在人体上的医疗或娱乐设备。例如，TENG 可用于在白天利用您的身体运动为您的手机电池完全或部分充电，或操作可穿戴传感器以提供健康信息。”

他说，一些估计认为 TENG 的使用成本不到每千瓦时 3 美分，“尽管这些设备的实际成本仍有待评估，特别是在大规模生产方面，”他说。“但是，TENG 可以用常见的低成本材料和简单的方法制造，因此制造成本很低。因此，在不久的将来扩大 TENG 的规模绝对是有可能的。”

玛琳·西蒙斯为 Nexus Media 撰稿，这是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合通讯社。