3 月 9 日，一篇《自然 · 通訊》上的論文介紹了可以儲存人體能量的 “可穿戴微電網”。如果人們穿戴了這種裝置，運動產生的動能與汗液都可以轉化為電能為小型電子裝置供電。

該論文由加州大學聖迭戈分校（UC San Diego）的研究人員完成，他們集成了生物燃料電池、摩擦發電機和超級電容三種裝置，藉此從佩戴者的運動中收集能量。

論文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-021-21701-7

一、生物電池、發電機、電容三部分聯網供電

該技術的靈感來自於城市微電網，奈米工程博士、文章一作 Lu Yin 稱，如同城市微電網集成了風能、太陽能等本地再生能源一樣，可穿戴微電網集成了從人體不同部位收集能量的裝置，儲存運動時產生的能量並向小型電子裝置供電。

根據論文，它由三個主要部分組成：汗水驅動的生物燃料電池，運動驅動的摩擦發電機和儲能用的超級電容。所有部件都比較柔軟，可以用水清洗，並且通過絲網印刷的方式印在了襯衫上。

▲生物燃料電池（來源：UC San Diego）

摩擦發電機則位於人體的前臂外側和軀幹兩側靠近腰部的位置，將運動中的能量轉換成電能。

▲摩擦發電機（來源：UC San Diego）

胸部襯衫上方的超級電容會暫時儲存兩個裝置收集到的電能，以此為小型電子裝置供電。

▲超級電容（來源：UC San Diego）

這項研究並不容易，加州大學聖迭戈分校奈米生物工程學教授 Joseph Wang 在 2013 年，發表了關生物燃料電池通過汗液中，乳酸和氧分子交換電子從而產生電能的論文。

後來 Joseph Wang 團隊對生物燃料電池和摩擦發電機進行整合，才研發出可穿戴微電網。

二、高效整合實現 30 分鐘不間斷供電

Lu Yin 說，這項工作的主要創新內容不是兩個裝置本身，而是將所有裝置系統整合在一起。

他強調，研究團隊並非將 A 和 B 加在一起稱為系統，其選擇的零件都具備互相相容的外形尺寸、匹配的效能和互補的功能，各種裝置的整合十分完美。

可穿戴微電網藉助生物燃料電池和摩擦發電機裝置的特性，能夠快速、連續地為裝置供電：當佩戴者運動時，摩擦發電機立刻運轉提供電力；流汗時，生物燃料電池便開始提供電力，並在佩戴者結束運動後持續供電。

兩個裝置的共同協作實現了快速啟動與持續供電的結合。

研究團隊對可穿戴微電網進行了測試，佩戴者騎自行車或跑步運動 10 分鐘，然後休息 20 分鐘。在 30 分鐘的測試過程中，可穿戴微電網可以全程滿足 LCD 手錶或小型電致變色顯示器（一種響應電壓改變而變色的顯示器）的供電需求。

根據實驗，整個系統的啟動速度比僅具有生物燃料電池的速度快 2 倍，使用壽命比僅具有摩擦發電機的壽命長 3 倍。

可穿戴微電網的各類部件通過柔性材料連線，印在襯衫上並覆蓋有防水塗層。

Lu Yin 稱，只要不使用清潔劑，可穿戴微電網不會受到反覆彎曲、摺疊、弄皺或在水中清洗的影響。

論文中的可穿戴微型電網需要佩戴者處於運動中，或運動以後才能為小型電子裝置供電。

而加州大學聖迭戈分校的研究者並沒有侷限在這種設計中，他們希望能夠為更多不同的場景設計相應的可穿戴微型電網，甚至有一天，可以讓佩戴者在辦公室中也可以使用這種系統。

結語：穿戴微電網開啟充能新方式？

當各種能量收集和儲存裝置發展迅速時，人們往往忽略了自身的能量損失。加州大學聖迭戈分校的研究人員卻沒有忽視自身的能量，他們研發了一款僅依靠人類活動就可以執行的能量收集、儲存系統。

這種可穿戴微電網的設計理念或許提供了一種新的能量研發思路。躺在床上就可以為各種電子裝置充能，這樣的場景還是十分誘人的。