用身體的能量“充電”

　　獲得不間斷的電能也許不需要借助大型的發電設備，也不需要過于尖端的發電技術，其實人體本身就是一個有待開掘的能量源。
　　
　　對大多數人來說，電可能是目前階段最好的能源——干凈、方便。然而，就像自來水一樣，電也并非憑空就可以獲得的。為了應對日益緊迫的能源危機，人們總是希望能找到“永動機”，提供源源不斷的電能。但能量守恒定律直到今天仍牢不可破，我們仍然需要時不時忍受手機沒電的困擾、MP3播放器沒電的無聊以及遙控器忘了充電或者換電池的無奈。其實，在所有人的目光都緊盯著大型發電技術的進展時，我們都忽視自己其實就是最恒定的能量釋放源。我們的心跳和呼吸就可以產生源源不絕的電能，我們當然不可能期望這種電能驅動一輛汽車，但能讓我們自力更生地解決一些日常生活中遇到的麻煩問題。
　　
　　釋放人體能量
　　
　　我們很少意識到自己每天會釋放多少能量，就像沒有人刻意去數每天的心跳次數一樣。然而能量的耗散每時每刻都在進行當中，且占據了我們攝入能量的三分之一。我們的體溫讓空氣分子運動加快，心跳的震動通過骨骼、肌肉和皮膚匯入各種聲音的大合唱，地板在我們的體重下嘎吱作響，衣服的皺褶因為我們的運動而積蓄能量，再悄無聲息地將它們釋放到空氣當中。平均來看，每人每天將會浪費1000大卡左右的能量，足以將10升水從零度燒到沸騰。而在過去的數百萬年中，這些能量只是消散在空氣中而已。
　　18世紀下半葉，瑞士力洛克地區的制表大師發明了自動表，可以算做是將日常活動轉化為能量的重要嘗試。它的原理至今也沒有變化：手臂的運動將會帶動一個繞軸旋轉的重錘，繼而旋緊發條。人們甚rJTAxmyOaiz+KRJfk8yllA==至都不會意識到手表的重量，而只要佩戴它行走15分鐘，就能讓手表精確運行8天。今天的一些購物中心已經開始使用這種設備的放大版：當顧客推動旋轉門的時候，會帶動地下的一根輪軸旋轉，然后驅動發電機發電。如果CNg9+53ec0BB5oZaUvwZ3g==在自家裝一套這樣的旋轉門，顯然得不償失。但是這種將動能轉換成電力的思路還有其他的用處，比方說，讓電視遙控器永遠都不用換電池。
　　2010年7月，日本兄弟工業公司展示了電池大小的發電設備。這種叫做VbGB（振動發電電池）的小東西是為了家用電器設計的，特別瞄準了那些耗電量低、只是偶爾使用的小工具。在和標準五號和七號電池完全相同的外殼里藏著振動發電機和儲電電容，只需像搖體溫計那樣搖上幾秒鐘，就足以把電視上的頻道換個遍。而韓國的開發者最近開發出將聲波的振動轉化成電能的方式，雖然需要搖滾演唱會級別的那種音量才能產生讓人滿意的電能，但確實驗證了這種方式的可行性。
　　使用振動的能量來發電的設備并不只有這兩種。早在2007年，英國安普敦大學的一個研究小組就開發出了方糖大小的振動發電設備，用于那些機械里或者管道中的工業傳感器上。它基于最原始的設想：將一塊磁鐵懸掛在線圈中央，振動的能量將會讓磁鐵運動，線圈中也就產生了電流。它能夠讓那些安裝在難以到達的位置的傳感器不用擔心沒電的問題，也不用預先鋪設電力線。它的發明者希望它能有更多的用途，例如通過人體內天然的振動源——心臟——來為體內植入設備供電。雖然現在還沒有成型的產品，但是理論上的確能夠實現——只是，它的體積還得進一步縮小，而輸出的電力還要更強才行。這可能還需要幾年時間。
　　
　　便攜電源
　　
　　當然，并不是每個人都需要或者想要在體內植入一個小發電機。也許把發電機植入鞋子或者衣服會是更好的主意，雖然它們看起來可能會像是《國產凌凌漆》中周星馳的那些怪異裝備。實際上，它們已經出現在生活當中了。
　　大部分煙民都會隨身攜帶一個小發電設備，只要拆開一次性打火機就能看到。當按下開關時，導線會打出微小的藍色電火花，而它的能量來自于一小片壓電陶瓷。這種特殊的晶體結構早在130年前就被人們發現，當它的形狀變化的時候將會產生電能，而通電也會讓形狀變化。今天的壓電材料已經出現在幾乎每一個地方，從手機到鬧鐘，從太空船到深海潛艇。也許用不了幾年，它也會出現在我們的衣服和鞋子里。
　　8年前，新加坡國立大學和新加坡國防科技局就開始合作，研究將壓電材料應用于鞋子或者衣服中的可能性。兩年之后，他們開發出了壓電鞋，每走一步都能發電，然后存放在電池里。雖然從鞋跟里拔出一塊手機電池的場景有些喜劇意味，但是它的確可以解一些燃眉之急。只有一個問題，這種尺寸的壓電材料并沒有太高的柔韌性。凡是穿過這種發電鞋的人都抱怨它不舒服——太薄的壓電材料將會斷裂，而太厚了又會太硬。這個問題一直沒有得到很好的解決，直到2010年3月份，普林斯頓大學的機械工程學邁克爾.麥卡爾平解決了這個問題。他把最常用的壓電材料鋯鈦酸鉛做成細絲，再把它封裝在柔軟的硅橡膠中。使用這種方式制造的發電橡膠有良好的柔韌性和驚人的發電效率，能夠將80%的機械能轉化成電能。
　　研發過程并不容易，不過麥卡爾平借鑒了集成電路的制作方法。他在基板上刻出寬度只有10微米的溝槽，填入原料，在高溫下燒結，然后覆蓋上硅橡膠，把基板熔化掉，然后在另一面再覆蓋一層硅橡膠。硅橡膠不會被身體排斥，所以這種微小的發電裝置不僅能夠做成鞋墊和衣服的配件，甚至可以植入體內，在呼吸間產生電流。看起來，這種發電橡膠里像是有細細的條紋。每厘米的寬度中能夠容納1000條發電纖維，只要兩只鞋墊大小的發電橡膠，就足以驅動小型電子設備。
　　在將壓電裝置小型化的嘗試中，麥卡爾平并不是走得最遠的那個人。喬治亞理工學院和北京大學工學院的王中林教授開創了一個被稱為“納米壓電電子學”的新領域，將壓電材料的尺寸縮小到只有通過電子顯微鏡才能看到的程度。現在他的團隊開發出的納米發電材料，讓一件外套提供的電量，能夠與一節干電池相仿。
　　早在4年前，王中林的團隊就因為納米發電機的發明而令人矚目：他們發現千萬分之一米直徑的氧化鋅纖維也具有壓電特性。兩年后第一版發電衣纖維面世，在經過數十萬倍放大之后，這些纖維像是兩個卷發筒，上面長滿了密密麻麻的氧化鋅纖維。當這兩個“卷發筒”相互擠壓時，氧化鋅纖維上的電荷將會轉移到鍍金的卷筒上，然后被電線導出。
　　當時這種納米發電纖維的發電能力還不夠高，每平方米衣料的理論最大發電量只有80毫瓦。一年之后，他們又推出了改進的納米發電機，這次不再像是卷發筒，而更像是地板刷——納米氧化鋅纖維如同刷毛般根根豎立，而另一塊電極板的表面被處理成臺階狀，扣在這些纖維上面。在任何運動過程中，氧化鋅纖維刮在電極板上的扭曲都會產生電荷，聚集在一起通過導線導出。使用這種技術制造的織物將會隨著我們的每一個細微的動作而發電，從袖子里抽出一根充電線的場景，不再只是科幻小說中的話題。
　　顯然，我們不能指望這樣小型的發電裝置完全替代傳統的發電設備，但是卻可以讓那些我們須臾不可離身的手持設備擺脫背負一大塊電池的命運，讓隨身攜帶備用電池的和充電器的歷史一去不返。這看似簡單的一步，也許在不久以后，就會為我們帶來完全不同的生活。