王夏斐

不管是為環(huán)保還是為經濟,開發(fā)更便宜更干凈的新能源,可以說是全球科學家共同努力的主要方向。無處不在、無時不動的人類自身,也成了科學家們“覬覦”的目標,腳力發(fā)電、體內發(fā)電,樣樣都來……人也能用來發(fā)電嗎?答案是肯定的。

化“腳力”為電力

我們知道,能量是可以相互轉化的。人們在運動或舞蹈的時候,釋放了大量能量,如果能把這些能量利用起來該多好?事實上,科學家們就是這樣做的。

這種運用人力的發(fā)電方式,并不是什么新鮮的創(chuàng)舉。將腳力轉化為電能的健身房和舞廳,都已經有了。位于美國俄勒岡州的一家健身俱樂部里,你在動感單車上踩下的每一腳,都將產生微弱的電力。雖然單踩一腳所產生的電能極少,但如果100個人不停地運動,就可以部分滿足俱樂部的用電需要。同樣的,位于荷蘭鹿特丹的“可持續(xù)跳舞俱樂部”里,舞池的地板下裝有電壓材料,它將人們跳舞時對地板的振動轉化為電力,為舞廳供電。

雖然目前這只是星星之火,但是我們可以想象在不遠的將來,人潮涌動的火車站、大商場、街頭甚至學校操場下都埋設電能采集器的情景,用腳力來發(fā)電,不會只是夢想。

今天要介紹的這款長得像體重機的機器,就包含了科學家對未來的希望。這款名叫 “mPower”的機器最特別的部分就是把人看做最龐大的資源,你可以靠自己的腳力發(fā)電賺錢!在科學家的設想里,這一綠葉造型的腳踏發(fā)電機將大量設置,并且免費使用。它是一種信息服務系統(tǒng),有聯網的觸摸屏幕可供使用,提供包括新聞、小區(qū)活動、交通信息、天氣、地圖、游戲、電話服務等,你必須腳踩踏板來供應信息查詢所需的電力;另外它還有指紋辨識的身份識別系統(tǒng),在每個使用者掃描指紋確認身份后,你“腳”產出來的多余電力將直接賣給電廠,所得金額會直接匯到你的賬戶。

人體就是發(fā)電機

心臟起搏器、植入式耳蝸、血糖監(jiān)測儀……醫(yī)學的進步使得人類健康越來越依賴于各種電子設備。科學家還在嘗試多種可植入電子設備的開發(fā),比如大腦刺激器,它們有的能夠阻斷饑餓信號,具有減肥功能;有的可治療慢性疼痛。不過,所有這些電子設備都有一個缺陷:雖然它們的輸出功率都很小,但是一旦電量耗盡,更換電池不僅麻煩,而且也相當昂貴。比如,心臟病人不得不每隔幾年就重新接受一次手術更換起搏器電池,每次費用多達2萬美元。

科學家試圖找到一種一勞永逸的方法,那就是利用人體內部能量來為這些設備供電。這當然不是什么神秘的超自然力,而是將人體內部儲存的化學能、熱能或者肌肉脈動產生的動能轉化為電能。研究人員希望,未來的醫(yī)療設備可以良性“寄生”在人體內,在需要的時候從人體內“偷取”一點點電能來維持正常運轉。

葡萄糖廣泛存在于各種食物中,是新陳代謝不可缺少的營養(yǎng)物質,也是人體活動所需能量的重要來源。2005年,日本東北大學教授西澤松彥領導的研究小組開發(fā)出了一種利用血液中的糖分發(fā)電的燃料電池。這種電池可為植入人體的裝置提供充足的電量。目前大部分在實驗室中研制出來的生物燃料電池都是使用酶作為催化劑,加快反應過程,同時產生更多電能。這種電池的缺點在于,酶往往在幾個小時后就會自動分解,從而嚴重影響電池的使用壽命,走向實用還有待進一步改進和完善。

2006年12月,英國工貿部宣布啟動一項開發(fā)體內微型發(fā)電機的計劃。該項目的設計工作大部分由南安普敦大學附屬的一家公司負責。該公司已經研制出一套原型,并在實驗室中開始測試。公司首席執(zhí)行官羅伊·弗里蘭表示,他們分別從心跳及肢體運動兩個方面來研發(fā)這種利用人體動能發(fā)電的裝置,但出于商業(yè)考慮,他不肯透露有關發(fā)電機工作原理的具體細節(jié)。他們的最終目標是制造一個直徑6毫米、長20~30毫米的設備,輸出功率達到100~150微瓦,可驅動心臟起搏器或者生物傳感器,并在5年內上市銷售。

另一種將人體動能轉化為電能的方法是利用壓電效應。壓電敏感元件受到外力作用時就會產生電流,但由于材料的脆弱性以及輸出功率有限,其開發(fā)前景并不被看好。不過,美國佐治亞理工學院的研究人員在這方面仍取得了一定的突破,并于2007年4月研制出納米發(fā)電機。發(fā)電機的基座上密布著無數根直徑只有40納米的氧化鋅電線,電線頂端覆蓋著一塊導電板,即使向導電板施加很小的壓力,氧化鋅電線也很容易發(fā)生彎曲,從而產生電流。到目前為止,這款納米發(fā)電機的輸出電量只能達到幾皮瓦(1皮瓦=百億分之一瓦),隨著制作工藝的改進,其效率還將大幅提高。

科學家相信,在2~3年內就能夠開發(fā)出具有實用價值的納米發(fā)電機。科學家們希望將來能夠借助人體血管搏動或者肌肉運動產生的微小壓力來形成電流,甚至還可以將這種納米級的發(fā)電機植入胸腔,在不與心臟接觸的情況下,將心跳產生的動能轉化為電能。

目前,科學家已經開發(fā)出好幾套利用人體內部能量提取電力的設備,相信未來幾年內,很多微型醫(yī)療設備可能就完全不再需要電池了。也許將來某一天,手機、MP3等小型便攜式電器也能夠直接依靠人體充電,甚至以我們的身體作為發(fā)電媒介,在握手的時候就能夠通過彼此攜帶的微型電腦自動交換電子名片。