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用汗水发电

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2014-10-27 14:36:00 来源:财经国家新闻网 

  不久前,美国加州大学圣地亚哥分校的一个研究团队研发出了一种新型传感器,它不仅看上去和文身贴纸相似,使用方法也和贴纸一样。

  不同的是,这个"贴纸"用来检量人们在运动过程中身体产生的乳酸,并且利用汗液产生可用能量。来自加利福尼亚州的科学家们说,它不久就能应用于心脏监护器、电子表,甚至是智能手机。

  灵感

  美国曾经有一家星级酒店的老板,在健身房中看到人们挥汗如雨,由此产生灵感,在酒店大厅放置改造过的自行车,这些自行车将人体运动过程中产生的能量转换,为酒店供电,顾客也可以把自己运动过程中产生的电兑换成一顿免费的午餐。

  这位精明的老板把这个活动称为:用"汗水"发电,但事实上,它只是把客人运动时带动机械产生的能量转换为电能。而在现实中,单纯的使用汗水发电则一直是天方夜谭。

  不过,加州大学圣地亚哥分校研发出的新型传感器,则让汗水真的有可能成为未来的能量源泉。

  它的外观小巧玲珑,形状就像一张贴纸,把它贴在身上,不但可以检测运动过程中人体所产生的乳酸水平,更能把皮肤表面渗出的汗液转换为电能,让用汗水发电成为现实。

  一开始,科学家们只是想发明一个简易装备来测量血液中的乳酸水平,职业运动员在评估自己的健身和训练计划时,可以通过监测血液中的乳酸水平,来获得体能测试过程中更准确的身体数据,同时也通过检量病人在运动中的乳酸水平,来进行心脏病或肺病诊断。

  直接收集血液来测量乳酸的方法很不方便,而且运动过程中受到的干扰也会直接影响乳酸水平的精确度。因而,科学家们一直在找寻一种不会干扰测试过程,不用戳破手指就能够得到锻炼中所产生乳酸量的方法。最终,他们发现:人体大量运动后,皮肤表层排出的汗液里也带有乳酸而这些乳酸,也可以成为新的"发电机"。

  如果转移乳酸中存在的电子,可以形成一个理想的阳极,如果吸附乳酸酶解所释放出的电子,给贴纸附上阴极,由此就可以制造出被人体运动产生的汗液所驱动的生物电池。

  研究团队发明了一种可以在运动过程中,更快速、容易和舒适地检测乳酸水平的装置。装置的贴纸上附带了一个软绵绵的乳糖传感器,传感器中含有一种酶,可以从乳酸分子中夺取电子,再将电子传递到附着在阴极上的电子受体上,由此产生电流为设备供电。

  身体越弱"能量"越大

  参与该项研究的贾文召(音译)博士说,人体发电有很多优势,比如更安全,更高效,也避免了漏电和充爆的危险。

  研究者把这种"文身贴纸"贴在了10个健康志愿者的上臂,然后让他们在健身车上进行半小时阻力不断增大的运动,同时测量设备产生的电流。这样,研究者们就能够在运动强度一直改变的情况下,不间断地监测汗液中的乳酸数值。

  根据研究者介绍,一名志愿者在锻炼时带上这个文身贴,最终在1平方厘米的皮肤表面上产生的电流值是70微瓦。"我自己也戴了,没有什么感觉,就像是文身。"贾文召博士说。

  一般来说,运动越剧烈,身体产生的乳酸就越多。在人体快速剧烈的运动过程中,身体会产生越来越多的能量,由此激活糖酵解代谢的途径。而在该过程中新陈代谢的产物还有乳酸,乳酸会随着汗液一起排出皮肤表层。而通常在这个时候人的身体会有一种肌肉灼烧感这与乳酸的积量有关,乳酸排出体外是新陈代谢的最后程序。

  研究者还发现了一个有趣的现象:身体素质较弱的人会比那些较强壮的人产生更多的能量,并且平均每周运动次数高于3次的人产生的能量最少。这其中最大的原因就是,身体较弱的人会迅速感到疲劳,使得糖酵解代谢反应更快开始,因此产生了更多的乳酸。

  未来:手机的新能源

  发明研究团队表示,未来他们可能会将这一检测乳酸的设备更加精细化,然后推向市场。不过,就目前来说,汗水发电技术还处于"婴儿"期。

  据介绍,该发明的主要功能,目前依旧是测量在运动时身体分泌出的乳酸水平。其所能转换提供的电能其实极其微弱。研究团队使用的电极的尺寸,只有2×3毫米大小,连小拇指指甲盖的一半都不到,所以只能产生约4.0微瓦的能量,想要让它真正为人类生活服务,有许多困难要去克服。

  但该实验室负责人约瑟夫·王博士表示:这个设备是表皮电化学生物感应和生物燃料电池相结合的首例,这种结合在未来具有很大的应用潜力。

  "我们正在研究加强电流的方法,希望最终可以达到驱动小型电子设备的水平。"贾文召博士说,研究者们不但要找出让它产生更多能量的方法,还要让装置可以存储产生的电流,由此提高其工作效率。

  参与研究的人们表示,或许在不远的将来,这个环保的技术就能用于更多的领域,当人们每次在健身房里、在旅行途中大汗淋漓时,心脏监护器、电子表,甚至是智能手机以及智慧型服装就能得到源源不断的电流补充。

  (作者系科普网站"尾猿会网"科学编辑)

(责任编辑:HN666)

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