節能的“年度發明”

142年來，美國《大眾科技》一直向獨立發明家致敬，將一年一度的“年度發明”獎頒發給那些致力于發現問題、解決問題的人。

01. 用腳步為裝備充電

徒步者的每一步都能產生足以點亮一個燈泡的能量。身為工程師和鐵桿背包客的馬特·斯坦通不想浪費這些能源，他發明了一種鞋墊，可以把它們以電能形式儲存起 來。與傳統笨重的能源包—比如太陽能充電器相比—這個設備是很好的改進。要知道，太陽能充電器工作效率不高，天氣不好時甚至根本派不上用場。

斯坦通與卡內基梅隆大學工程系學生哈娜·亞歷山大通力合作，花費3年時間，研發這個名為SolePower的系統。他們沒有使用壓電式發電機或其他效率低、體型笨的發電裝置，而是縮小部件尺寸，類似手搖發電式電筒中使用的那種，最后造出了近乎標準尺寸的可抽取式鞋墊，重量不到五盎司—包括一個電池組—通過USB為電子設備充電。

SolePower現有版本將于今年晚些時候發布，它需要你走上漫長的15英里才能為一部智能手機充滿電。但是斯坦通說，公司正努力研發新款，它經得起1億次腳踏和拆卸，屆時步行不到5英里便能為一臺iPhone充滿電。

02. 巨人之臂

中風或受傷之后，即使活下來，也可能從此開始一段漫長的考驗。物理治療可能見效很慢，而且復雜，并且不能保證你一定康復。外骨骼機器人有時可以為被損壞軀體的康復提供支持，但在當時，這種外骨骼的價格通常比一輛汽車還貴，而且必須錨定在墻上并插上插座。

2012年下半年，賓夕法尼亞大學機械工程專業一個學生團隊開始研制一種便攜、便宜的外骨骼。伊莉莎白·比蒂、尼 古拉斯·麥克吉爾、尼克·帕羅塔和尼科萊·弗拉迪米諾夫奮戰了兩個學期，利用晚上和周末的時間研制出了TitanArm （巨人之臂）：一種高效、輕量、超級強大的機械手臂。其傳動裝置，或者說電子肌肉，能夠在康復鍛煉時提供支撐力并且可以增大力量，使用者能輕易地多舉起40磅重量。

為了讓TitanArm比其它外骨骼結構輕巧，方便患者使用，該團隊將其傳動裝置設置在背包位置而非手臂本身里面。他們還以鋁材來制作負重部件，以減輕重量、減少電力消耗。電子技術負責人麥克吉爾創造出了軟件-傳感器套裝來跟蹤手臂運動，并以無線方式傳輸數據，這就讓患者能在家中使用 TitanArm，而治療師可以遠距離監控康復鍛煉。如今他們忙于設計一個更優化的版本。“我們希望借助 3D打印技術來制造完全量身定制的部件，就像量體裁衣一樣。”帕羅塔表示。

03. 可折疊的自行車頭盔

杰夫·伍爾夫在倫敦狹窄街道騎行時和一輛汽車相撞，汽車擋泥板勾到了伍爾夫的自行車踏板，直接將他拋了出去。當救護人員為全身摔得慘不忍睹的他驗傷時，驚訝地發現他的頭骨完好無損；他們說，頭盔救了他的命。20年過去了，伍爾夫發現倫敦騎自行車的人依然很少 戴頭盔，于是他發明了一種非常便捷易用的頭盔，稱之為“變形頭盔”（Morpher），全尺寸的頭盔折疊起來只有課本那么大。

伍爾夫的發明可謂生逢其時。2001年以來，美國人騎自行車的時間翻了一番，全世界很多城市，芝加哥、都柏林、蒙特利爾都發起或擴大了自行車共享計劃。但是，盡管頭盔可將頭部受傷幾率減少85%，但美國騎自行車的人只有不到一半戴頭盔。

對那些不太在乎的騎行者來說，傳統自行車頭盔最大的弊病就是體積。“變形頭盔”一下解決了這兩個問題，可折疊為僅僅1.4英寸厚（這里展示的型號折疊為2.5英寸）。小巧到可以裝進電腦包，也非常容易堆放在自行車亭里。最新的樣品已經在一家工廠通過了歐洲安全檢測，伍爾夫預計今年夏天，新的設計可以達到美國安全標準。

04. 用手機控制老式暖氣

攻讀博士學位時，電機工程師馬歇爾·考克斯搬進一棟有90年歷史的曼哈頓公寓。他很快發現，住在那里，冬天室內感覺更像是悶熱的夏天，那個由鍋爐供暖的暖氣片散熱極其強勁，哪怕是在寒風刺骨的夜里，考克斯也會大汗淋漓地醒來。他只好打開窗戶，結果暖氣后半夜 關閉后，他又會凍醒過來。“就像一場停不下來的戰斗。”考克斯說。

這場斗爭不僅僅關乎考克斯一個人的舒適生活。據紐約州能源研究和發展管理局透露，美國每10戶中就有1戶用的是汽暖或者水暖，能源浪費高達30%，光是曼哈頓每年就為此付出7億美元的成本。此外，過多取暖油的燃燒會往空氣中釋放更多毒素，這些毒素與兒童哮喘有關。

考克斯意識到，如果他只存下自己房間所需要的熱量，把其余的轉移出去，就能馴服這喜怒無常的溫度控制系統。于是他2011年做了一個附有電子元件的暖氣罩 Cozy放在房間里。這個設備調節的不是進入暖氣片的蒸汽量，而是改善暖氣片對一個房間的熱分布。將這種設備用于整棟建筑，考克斯成功地使供熱系統燒更少的油，產生更少的污染。

05. 熱量驅動的制冷引擎

如今，有多達25萬輛半掛卡車拖著滿載冷凍食品、新鮮蔬菜及其它易腐貨物的冷凍拖車馳騁在美國道路上，但是，這種卡車比非冷凍卡車要多耗油25%。罪魁禍首就是業界所謂的隱形污染源：專門為拖車所載貨物降溫的輔助引擎每年排放大量碳和污染物。

為了遏制燃料消耗、減少污染，彼得·迪爾曼研發了一種低溫引擎系統。迪爾曼的精巧設計以液氮吸收拖車內貨物的熱量，煮沸液體，然后以膨脹的氣體作為驅動貨物冷卻裝置的能量。

全功能的樣機計劃于今年6月在英國進行路試。迪爾曼表示，如果進展順利，業界可能很快就可以扔掉輔助引擎了。