从步行的人体中收集能量

中文大学(CUHK)机械与自动化工程系的廖伟新教授领导的研究团队开发了一种轻巧的基于智能材料的能量收集器，该能量收集器可清除人体运动中的能量，产生取之不尽，可持续的动力只是步行而已。

具体来说，该设备可以从人类膝盖的运动中捕获生物力学能量，然后将其转换为电能，该电能可以用于为可穿戴电子设备供电，例如计步器，健康监测器和GPS。这项工作已经发表在《应用物理快报》上，并被编辑推荐为特色文章。

到目前为止，研究人员已经开发出大型设备来利用人体运动来发电，例如基于电磁发电机的能量采集器，当人们在跑步机上或骑自行车时，它们可以捕获能量。但是，由于收割机与人体之间的重量大且相互作用力大，所以这些笨重的装置妨碍了使用者的运动并同时增加了他们的负担。这大大限制了这些设备的广泛使用。为了克服这个问题，由廖教授领导的研究小组提出并开发了一种轻型能量收集器，该能量收集器采用了集成了新型机械结构的压电大纤维复合材料。

压电大纤维复合材料是轻质材料，可以在变形下产生电能。提出的能量收集器采用弯曲梁和曲柄滑块机构来捕获行走时人膝的运动。然后，所捕获的运动用于使结合到弯曲梁的压电大纤维复合材料片变形，从而当人的膝盖弯曲或伸展时产生电。

廖教授说：“人膝关节的运动范围比其他下肢关节(例如脚踝和臀部)大，这使能量收集器更容易捕捉运动并产生更多的电能。” 当佩戴者以约2-6.5 km / h的速度行走时，由压电宏观纤维复合材料制成的原型收割机可产生1.6 mW的平均功率。所产生的电能可有效地为常见的可穿戴电子设备(例如智能频段)供电。此外，原型仅重307克。使用它走路时，佩戴者的新陈代谢成本几乎与不使用该设备行走时的新陈代谢成本相同。与现有的基于电磁发电机的能量收集器不同，基于轻巧的基于智能材料的能量收集器可以从人体运动中捕获能量，而不会增加佩戴者的能量。的负担。有望大大促进生物力学的使用能量收集器。

廖教授说：“这种仪器将吸引登山者和徒步旅行者的注意。如果他们迷失在偏远的山区或没有电网的荒野中，该设备可以从其运动中获取能量并将其转换为电能，从而使佩戴者能够不断监测其生命体征，知道他们的位置，甚至在他们需要帮助时随时发出SOS信号。目前，我们致力于通过减少设备的重量和提高能量收集效率来提高收集器的性能。我们计划通过与服装制造商合作将收割机商品化并将其投放市场，将其嵌入运动服中。”