據外媒報道，一種新的可穿戴設備將手指的觸摸變成了小型電子產品和傳感器的動力源。加州大學聖迭戈分校的工程師們開發了一種薄而靈活的條狀物，可以戴在指尖上，當一個人的手指出汗或按壓它時，就會產生少量的電力。
這種以汗水為燃料的裝置的特別之處在於，它甚至在佩戴者睡着或坐着不動時也能發電。這對可穿戴設備領域來說可能是個大問題，因為研究人員現在已經找到了如何利用從人類汗水中提取的能量，即使一個人不在移動。
研究共同第一作者、加州大學聖迭戈分校雅各布斯工程學院的納米工程博士生Lu Yin說，這種類型的設備是同類產品中的第一個。“與其他以汗水為動力的可穿戴設備不同，這個設備不需要運動，不需要佩戴者的物理輸入，就能發揮作用。這項工作是朝着使可穿戴設備對普通人來說更實用、更方便和更容易獲得的方向邁出的一步。”
7月13日發表在《焦耳》雜誌上的一篇論文中描述了這種新的可穿戴式能量收集器。
該設備還能從手指的輕按中產生額外的能量–因此諸如打字、發短信、彈鋼琴或敲擊摩爾斯密碼等活動也能成為能量來源。
加州大學聖迭戈分校雅各布斯工程學院的納米工程教授、該研究的資深作者Joseph Wang說：“我們設想這可以用於任何涉及觸摸的日常活動，即一個人在工作時、在家裡、在看電視或吃飯時通常會做的事情。目標是這種可穿戴設備將自然地為你工作，你甚至不需要考慮它。”
該設備的大部分能量來自指尖產生的汗水，指尖是24小時的汗水“工廠”。一個鮮為人知的事實是，指尖是身體上最容易出汗的地方之一；每個指尖都有一千多個汗腺，可以產生比身體上大多數其他區域多100到1000倍的汗液。
“我們感覺身體其他部位出汗較多的原因是這些地方通風不好，”研究人員說。“相比之下，指尖總是暴露在空氣中，因此汗水在流出時就會蒸發。因此，我們不是讓它蒸發，而是用我們的設備來收集這些汗水，它可以產生大量的能量。”
但不是任何以汗水為燃料的設備都能在指尖上工作。Yin解釋說，從這麼小的地方收集汗液並使其發揮作用需要一些創新的材料工程。研究人員必須將設備的不同部分打造得具有超強的吸收能力，並能有效地將人類汗液中的化學物質轉化為電能。
Yin與加州大學聖地亞哥分校納米工程專業的博士生Jong-Min Moon和Juliane Sempionatto共同完成了這個項目，他們是該研究的其他第一作者，是Joseph領導的團隊的一部分，Joseph也是加州大學聖地亞哥分校可佩戴傳感器中心的主任。Joseph和他的團隊8年前開創了以汗水為燃料的可穿戴設備。從那時起，他們一直在該技術的基礎上創造新的和更好的方法，利用可持續的資源為可穿戴設備供電，例如穿戴者本身和他們周圍的環境。
這項最新的能量收集技術特別獨特，因為它可以隨時隨地作為電源。它沒有像太陽能電池那樣的局限性，太陽能電池只在陽光下工作，而熱電發電機只在設備和周圍環境有較大溫差時工作。
它是如何工作的
該設備是一個薄而靈活的條狀物，可以像創可貼一樣纏繞在指尖上。由碳泡沫電極組成的襯墊吸收汗水並將其轉化為電能。電極上裝有酶，可以觸髮乳酸和汗液中的氧分子之間的化學反應以產生電能。電極下面是一個由所謂壓電材料製成的芯片，在按下時產生額外的電能。
當佩戴者出汗或按壓帶子時，電能被儲存在一個小型電容器中，並在需要時被釋放到其他設備上。
研究人員讓一名受試者在做久坐活動時將該設備戴在一個指尖上。從10個小時的睡眠中，該設備收集了近400毫焦耳的能量–這足以為一隻電子腕錶提供24小時的能量。從一小時的隨意打字和點擊鼠標中，該設備收集了近30毫焦耳。而這僅僅是來自一個指尖。研究人員說，把設備綁在其餘的指尖上會產生10倍的能量。
“通過利用指尖上的汗水–無論你在哪裡，無論你在做什麼，汗水都會自然流出–這項技術在用戶不費吹灰之力的情況下提供了能量的凈收益。這就是我們所說的最大能源投資回報，”Joseph說。
“將其與一個在你運動時收集能量的設備相比較，”研究人員解釋說。“當你在跑步時，你投入了數百焦耳的能量，但設備卻產生了毫焦耳的能量。在這種情況下，你的能源投資回報率非常低。但有了這個設備，你的回報就非常高。當你在睡覺時，你沒有投入任何工作。即使是用手指按一下，你也只投資了大約半毫焦耳。”
在其他實驗中，研究人員將他們的能量收集器連接到一個電子系統，該系統由一個連接到小型低功耗顯示器的化學傳感器組成，該顯示器顯示傳感器數據的數字讀數。每隔10秒按壓能量收集器10次，或者只是把它戴在指尖上兩分鐘，就足以為傳感器和顯示器供電。在一個實驗中，研究人員將他們的設備與他們在實驗室開發的維生素C傳感器連接起來。他們讓受試者服用維生素C藥片，然後用手指供電的系統來讀取他們的維生素C水平。在另一個實驗中，研究人員表明，他們的系統也可以與實驗室建立的鈉傳感器一起使用，以讀取鹽水溶液的鈉離子水平。
“我們的目標是使這個裝置成為一個實用的裝置，”研究人員說。”我們想表明，這不僅僅是另一個可以產生少量能量的很酷的東西，然後就這樣了–我們實際上可以用這些能量來為有用的電子產品供電，如傳感器和顯示器。”
為此，該團隊正在對該設備進行進一步的改進，使其更加高效和耐用。未來的研究將包括將其與其他類型的能量收集器相結合，以創造新一代的自供電可穿戴系統。