人人都是发电厂

王夏斐

不管是为环保还是为经济,开发更便宜更干净的新能源,可以说是全球科学家共同努力的主要方向。无处不在、无时不动的人类自身,也成了科学家们“觊觎”的目标,脚力发电、体内发电,样样都来……人也能用来发电吗?答案是肯定的。

化“脚力”为电力

我们知道,能量是可以相互转化的。人们在运动或舞蹈的时候,释放了大量能量,如果能把这些能量利用起来该多好?事实上,科学家们就是这样做的。

这种运用人力的发电方式,并不是什么新鲜的创举。将脚力转化为电能的健身房和舞厅,都已经有了。位于美国俄勒冈州的一家健身俱乐部里,你在动感单车上踩下的每一脚,都将产生微弱的电力。虽然单踩一脚所产生的电能极少,但如果100个人不停地运动,就可以部分满足俱乐部的用电需要。同样的,位于荷兰鹿特丹的“可持续跳舞俱乐部”里,舞池的地板下装有电压材料,它将人们跳舞时对地板的振动转化为电力,为舞厅供电。

虽然目前这只是星星之火,但是我们可以想象在不远的将来,人潮涌动的火车站、大商场、街头甚至学校操场下都埋设电能采集器的情景,用脚力来发电,不会只是梦想。

今天要介绍的这款长得像体重机的机器,就包含了科学家对未来的希望。这款名叫 “mPower”的机器最特别的部分就是把人看做最庞大的资源,你可以靠自己的脚力发电赚钱!在科学家的设想里,这一绿叶造型的脚踏发电机将大量设置,并且免费使用。它是一种信息服务系统,有联网的触摸屏幕可供使用,提供包括新闻、小区活动、交通信息、天气、地图、游戏、电话服务等,你必须脚踩踏板来供应信息查询所需的电力;另外它还有指纹辨识的身份识别系统,在每个使用者扫描指纹确认身份后,你“脚”产出来的多余电力将直接卖给电厂,所得金额会直接汇到你的账户。

人体就是发电机

心脏起搏器、植入式耳蜗、血糖监测仪……医学的进步使得人类健康越来越依赖于各种电子设备。科学家还在尝试多种可植入电子设备的开发,比如大脑刺激器,它们有的能够阻断饥饿信号,具有减肥功能;有的可治疗慢性疼痛。不过,所有这些电子设备都有一个缺陷:虽然它们的输出功率都很小,但是一旦电量耗尽,更换电池不仅麻烦,而且也相当昂贵。比如,心脏病人不得不每隔几年就重新接受一次手术更换起搏器电池,每次费用多达2万美元。

科学家试图找到一种一劳永逸的方法,那就是利用人体内部能量来为这些设备供电。这当然不是什么神秘的超自然力,而是将人体内部储存的化学能、热能或者肌肉脉动产生的动能转化为电能。研究人员希望,未来的医疗设备可以良性“寄生”在人体内,在需要的时候从人体内“偷取”一点点电能来维持正常运转。

葡萄糖广泛存在于各种食物中,是新陈代谢不可缺少的营养物质,也是人体活动所需能量的重要来源。2005年,日本东北大学教授西泽松彦领导的研究小组开发出了一种利用血液中的糖分发电的燃料电池。这种电池可为植入人体的装置提供充足的电量。目前大部分在实验室中研制出来的生物燃料电池都是使用酶作为催化剂,加快反应过程,同时产生更多电能。这种电池的缺点在于,酶往往在几个小时后就会自动分解,从而严重影响电池的使用寿命,走向实用还有待进一步改进和完善。

2006年12月,英国工贸部宣布启动一项开发体内微型发电机的计划。该项目的设计工作大部分由南安普敦大学附属的一家公司负责。该公司已经研制出一套原型,并在实验室中开始测试。公司首席执行官罗伊·弗里兰表示,他们分别从心跳及肢体运动两个方面来研发这种利用人体动能发电的装置,但出于商业考虑,他不肯透露有关发电机工作原理的具体细节。他们的最终目标是制造一个直径6毫米、长20~30毫米的设备,输出功率达到100~150微瓦,可驱动心脏起搏器或者生物传感器,并在5年内上市销售。

另一种将人体动能转化为电能的方法是利用压电效应。压电敏感元件受到外力作用时就会产生电流,但由于材料的脆弱性以及输出功率有限,其开发前景并不被看好。不过,美国佐治亚理工学院的研究人员在这方面仍取得了一定的突破,并于2007年4月研制出纳米发电机。发电机的基座上密布着无数根直径只有40纳米的氧化锌电线,电线顶端覆盖着一块导电板,即使向导电板施加很小的压力,氧化锌电线也很容易发生弯曲,从而产生电流。到目前为止,这款纳米发电机的输出电量只能达到几皮瓦(1皮瓦=百亿分之一瓦),随着制作工艺的改进,其效率还将大幅提高。

科学家相信,在2~3年内就能够开发出具有实用价值的纳米发电机。科学家们希望将来能够借助人体血管搏动或者肌肉运动产生的微小压力来形成电流,甚至还可以将这种纳米级的发电机植入胸腔,在不与心脏接触的情况下,将心跳产生的动能转化为电能。

目前,科学家已经开发出好几套利用人体内部能量提取电力的设备,相信未来几年内,很多微型医疗设备可能就完全不再需要电池了。也许将来某一天,手机、MP3等小型便携式电器也能够直接依靠人体充电,甚至以我们的身体作为发电媒介,在握手的时候就能够通过彼此携带的微型电脑自动交换电子名片。