【導讀】可穿戴設備現(xiàn)在已經(jīng)成為了一種非常熱門的科技產(chǎn)品，但是對于這類產(chǎn)品的續(xù)航問題，也成為了許多科學家及廠商們要解決的難題。本文就盤點了哪些你想不到的可穿戴續(xù)航妙招。
1.摩擦靜電轉化成可用能源
最近，來自新加坡國立大學的一個科研小組開發(fā)出了一種柔性小體積的裝置，可以將摩擦產(chǎn)生的靜電轉化成可用的能源。這個設備一段接觸到皮膚表面，而另一端則在下面覆蓋了一層金硅薄膜。同時這種裝置的兩端則分別有柱狀的硅橡膠，這種支柱設計可以帶來更大的電量輸出，同時允許更大的面積與皮膚接觸。
可穿戴設備供電
這個研究小組在2015年的IEEE MEMS會議上展出了自己的研究成果，并且證明產(chǎn)生的電能可以為一些設備來進行供電。通過將這個裝置附著到測試者的手臂和喉嚨處，通過握緊拳頭和說話分別可以產(chǎn)生7.3v和7.5v的電壓。如果不斷磨擦手紙，最高可以產(chǎn)生90v的電壓，可以直接用來點亮LED光源。這個團隊計劃未來開發(fā)出體積更大的電池，這樣就可以更加充分的利用人體皮膚摩擦帶來的電能。
其實除了這種摩擦供電的電池之外，其實之前世界上還出現(xiàn)了許多其它形式的研究。比如一種新型紋身可以將人類的汗水轉化成電力、或者通過特殊的耳機將我們的下巴變成“發(fā)電機”。看來，解決未來可穿戴設備的供電問題，似乎還有許多另類的途徑。
2.新型紋身：汗水轉化成電力
8月16日，美國加州大學圣迭戈分校研究人員約瑟夫·王（Joseph Wang）發(fā)明一種臨時智能紋身，可通過汗液發(fā)電，將來有一天為手機和其他可穿戴設備提供電力。
智能紋身供電
這種紋身會粘附在你的皮膚上，檢測汗液中化學乳酸水平，然后利用這種乳酸制造微型燃料電池。當我們鍛煉至精疲力竭之時，肌肉通常會有灼燒感覺，這與乳酸積累有關。對于肌肉來說，乳酸是一種廢物，是新陳代謝的一個終點。
運動生理學家已經(jīng)可以檢測人體肌肉或血液中所含乳酸水平。當乳酸從汗液中釋放出來后，新的傳感技術誕生了。王發(fā)明的智能紋身中有一個傳感器，可吸引乳酸中的電子，乳酸可以產(chǎn)生電流。王估計，每平方厘米皮膚可產(chǎn)生70微瓦電量。研究人員向乳酸傳感器中增加電池，以捕捉和儲存電流，從而形成所謂的生物燃料電池。
無論你其行車或是走路，你出汗越多，體內(nèi)產(chǎn)生的乳酸就越多，這意味著電池中可以儲存的電量就越多。現(xiàn)在，這種智能紋身只能產(chǎn)生很少的電量，但研究人員希望這種生物燃料電池將來有一天可產(chǎn)生足夠電量，為智能手表、心率監(jiān)控器或智能手機供電。
摩托羅拉也曾創(chuàng)造一種臨時紋身，可以由于為手機解鎖。也許你下一個手機必備配件，可能只需要身體上的一小塊墨跡了。
3.太陽能電池
太陽能電池不是只有發(fā)電場、路燈這些大型應用，我們將看到微型版本的太陽能電池為可穿戴設備提供足夠的能量。不需要電池的太陽能手表已經(jīng)存在很多年了，Energy BioNIcs最近開發(fā)的一款太陽能手表不僅可以滿足自身需求，還可以為其它設備供電。
把太陽能電池應用于可穿戴設備上的一大問題是，設備需要光照才能發(fā)電，一旦光線被遮住，比如在袖子下面，就沒法產(chǎn)生能量了。不過從另一個角度看，這也讓太陽能電池成為智能服裝的一個好選擇，柔性電池甚至可以直接縫進織物中去。
傳統(tǒng)的太陽能電池設計針對的是太陽光，因為太陽光的強度要遠高于室內(nèi)常見光源。為解決這一問題，一些新材料正在開發(fā)出來，能夠在室內(nèi)發(fā)電，效率也大大提高。
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4.熱電收集
熱電收集是把熱能轉換為電能，使用的物理原理叫塞貝克效應。珀耳帖元件加上一對特定的半導體，只要出現(xiàn)溫差就會產(chǎn)生電流。
對可穿戴設備來說，不斷散發(fā)熱量的人體可以作為熱的一端，環(huán)境則成為冷的一端。產(chǎn)生能量的多少取決于高低溫度之間的Δ值。珀耳帖元件可以收集很多能量，因而對緊貼皮膚，能量需求又高的設備來說很有潛力。熱電回收的一大優(yōu)勢是能量源源不斷，不管是室內(nèi)還是室外，白天還是黑夜都能利用。
5.壓電收集
壓電收集把機械能轉換為電能。在壓電元件中，由于壓電效應，只要元件受到機械力操縱就會產(chǎn)生微小的電流。在可穿戴設備上的應用，壓電元件的設計通常是靠行走、呼吸或手的運動所帶來的振動進行發(fā)電。
壓電收集所產(chǎn)生的能量相對較少，這使它的應用主要限制在耗電較少的設備以及總是處于運動狀態(tài)的身體部位。科學家正在研發(fā)的聚合物壓電纖維具有柔韌透氣的特點，可以置入織物當中，也有很廣泛的應用場景。
可穿戴續(xù)航妙招
6.優(yōu)化可穿戴設備的電量存儲和消耗
想要讓可穿戴設備徹底不用充電，能量收集只是一方面。能量存儲是另一個有很大提升空間的方面。這方面超級電容器和石墨烯潛力巨大。神奇材料石墨烯可以大幅改善電池和電容的效率，從而提高可穿戴設備的整體性能。而結構電容器可以把可穿戴組件變成能量存儲器，從而不需要額外空間來安放電池。
另一個讓可穿戴設備提高續(xù)航甚至完全不用充電的方法是大幅減少傳感器、芯片和通信系統(tǒng)的能量消耗。智能手機的成功推動了低能耗高性能芯片的發(fā)展。可穿戴設備的處理器所需要計算能力和能量還更少。為應對這一問題，包括Intel在內(nèi)的芯片大廠正通過把處理器、內(nèi)存和通信模塊整合到單一芯片中去，從而減少常見的一些能量損失。
選擇最高效的連網(wǎng)技術對減少能量消耗也有很大幫助。展望未來，越來越多的傳感器和設備佩戴在身體的不同部分，使得名為“身體區(qū)網(wǎng)絡”的高效通信方式在節(jié)省能量方面潛力巨大。諸如EnOcean等公司開發(fā)了優(yōu)化過的協(xié)議，使用相對IPv6更短的數(shù)據(jù)電報，從而讓同等量級的信息傳輸所消耗的能量顯著降低。
所有這些不同方面的改進都在推動可穿戴設備步入一個不用充電的時代，同時大幅提高性能表現(xiàn)。加上無線充電等技術，消費者可能很快就會看到可穿戴設備用戶體驗的大幅提升，而這也會進一步把可穿戴推向更廣泛的市場。
