人體能量開發

人體運動可以產生大量能量，科研人員把人類的許多運動，比如行走、跳舞、穿衣等方式都與轉化能量聯繫在了一起，怎樣把這些能量變成能源成了一些科學家感興趣的話題。

基本介紹

• 中文名：人體能量開發
• 外文名：The human body energy development
• 涉及內容：行走、跳舞、穿衣等方式
• 起源時間：不詳

人類的潛力是無窮的

人體能量——不同能量間可相互轉化

眾所周知，人體運動可以產生大量能量，科研人員把人類的許多運動，比如行走、跳舞、穿衣等方式都與轉化能量聯繫在了一起，怎樣把這些能量變成能源成了一些科學家感興趣的話題。
這種聯想並不是天方夜譚，科學家早就從理論上證明此種想法是可行的。依據能量守恆的原則，自然界不同的能之間可以相互轉化，這些能包括動能、機械能、電能和熱能等。

1/3以上的人體能量被浪費掉

據測算，一個體重50公斤的人一晝夜所消耗的熱量約2500千卡，若將這些熱量收集起來，可將50公斤的水從0℃加熱到50℃。有科學研究認為，一個人一生中有1/3以上的能量被白白浪費掉，全世界有60多億人口，如能將這部分人體生物能開發利用起來，就相當於建造了10座百萬千瓦級的核電站。
而人體的大部分能量是在維持各個器官運轉以及人體運動的狀態中散發出來的，如果能將這些能量再轉化成電能，將是人類應對全球能源危機的另一種出路。
人體的動能和熱能轉化成能源有三種模式：動能—機械能—電能、動能—熱能和熱能—熱能的回收。怎樣把人體動能轉化成其他能量，成了科研人員的目標。

——動就有能——能量轉換原理早已得到套用

為把人體的動能轉化成電能，科學人員做了諸多嘗試，最初的是自動手錶、手搖微型發電器等。
自動手錶是大家不陌生的東西，“小東西，大道理”，它的工作原理，可以讓我們領會一些很重要的知識。自動手錶是在普通機械手錶的基礎上，增加了一部分自動機構裝置，通過戴表人在日常生活中手臂運動的作用自動上發條。在自動機構中，由重錘(自動擺陀)擺動，通過自動上條輪系和原動系相聯而實現自動上條這一特殊功能。利用這個方式，就可以達到動能—機械能的轉化。
手搖發電器也是大家近幾年慢慢熟悉的東西，市面上已經有相關產品。手搖發電是把人的機械能轉化為動能。這個原理的套用範圍比較廣泛，比如，電筒和收音機通過手搖微發電器產生的能量就可以重新被充電。
自動手錶、手搖發電器用到的都是最基本的能量轉化原理，但是通過這些原理，更多的用於轉化人體能量的裝置將被開發出來。

——奇思妙想——“人體電池”能量多多

從這些基本的原理得到啟發，法國科研人員發明了一種“人體電池”，即能把身體運動產生的能量轉化成電能的微型裝置。
這個裝置被固定在人的髖部，在髖部運動的作用下，利用慣性原理，一個質量為50克、兩端拴有彈簧且經過磁化的慣性重塊在一個10厘米長的圓筒里上下移動，圓筒的內壁上環繞著線圈。重塊的運動形成感應電動勢，最後被收集起來，形成電流。
“人體電池”經科研人員反覆試驗表明，其所產生的電能足夠滿足各種便攜電器的需要，人們將可以隨時隨地、隨心所欲地使用隨身攜帶的手機、手提電腦、計算器、全球定位裝置等，而不用擔心電池會在關鍵時刻耗盡。對於那些必須隨身攜帶呼吸輔助裝置或體內安裝了人造心臟膜的患者，這種裝置帶來的便利就更大了，因為他們再也不用為不斷更換電池而操心了。

跳舞可以產生能量

如果把改裝後的“人體電池”放到腳下，那么就可以有更多的用途。
在同一原理基礎上成立的第一個綠色夜總會WATT，位於荷蘭的鹿特丹市。該夜總會建立在彈性材料上的舞池，收集到的能量能夠給室內的照明系統和音響設備提供大部分的電能。

另外，利用相關原理，香港的加利福尼亞健美俱樂部，已經開始回收會員們運動所產生的能量，來照明健身房。

膝上“發電機”產生電能

研究發現，一個人走一步能產生6—8瓦的電能。但是，能量怎樣回收，回收效果是否理想，這個結果值得大家等待。
不過，最近，英國西蒙菲沙大學人體運動學專家MaxDonelan發明了“人體發電機”，在腿部安上一個重1.6公斤的皮帶連著的機械裝置，就可以發電。
Donelan稱，這個裝置受到了混合燃料汽車剎車制動時產生的能量再循環利用的啟發，並利用了電磁在振動中產生電流的物理原理，在人體運動時，這個裝置就將小腿和膝關節進行有規律的運動所產生的熱量轉為電能。

穿衣也能產生能量

穿襯衫這個簡單的動作也可以被轉化為電能。美國喬治亞理工學院王中林研究員發現，利用氧化鋅納米光纖和芳綸纖維，人體的任何活動都可轉化為能源。
由於納米氧化鋅具備其本體塊狀材料所不具備的表面效應、小尺寸效應和巨觀量子隧道效應等，根據特殊的設計，配上絕緣性的新型材料(芳綸纖維正好滿足了絕緣性的條件)，可以把機械能轉換成電能。此項研究正在進行中。

人類釋放的熱能也能回收

人體產生甚至是人體釋放的能量是可以回收的。在瑞典，每天在斯德哥爾摩中央火車站穿梭的25萬旅客釋放的熱量就足夠給一棟樓供暖。“不用打開窗子釋放這些熱量，我們可以用通風系統把它們收集起來。”瓊霍斯特房產公司的卡爾·桑德姆說。這些熱量通過簡單的管道和泵可以加熱循環水和供樓房取暖。
這個構想聽起來很新奇，理論上也可行，但是在具體的實施上令人擔憂。因為不打開窗子，雖然熱量不散發出去，但是室內環境還是令人擔憂。

-新聞緣起

6月15日，我國第18個全國節能宣傳周正式啟動，主題是“依法節能全民行動”。在居高不下的油價給世界政治、經濟和人民生活帶來巨大壓力之際，開展全民節約能源具有特別重要的意義。
而科學家們面對能源短缺及環境惡化的挑戰，正努力尋找更具可持續性和更加生態的新型能源。目前，一些科學家們正在研究將人體的動能轉化為能源。

-相關新聞

納米發電衣，“綠色發電”零污染

據英國《自然》雜誌報導，美國華裔科學家王中林領導的科研小組最新研製出一種能產生電能的新型納米纖維。藉助這種“纖維納米發電機”，走路、心跳這樣司空見慣的運動將來都能用來發電。整個過程無排放、無污染，堪稱最具潛力的“綠色發電”。
據報導，現年47歲的王中林是美國喬治亞理工學院教授、著名材料學家。實驗過程中，他們把凱夫拉合成纖維放入化學溶液中，在纖維絲上鍍上氧化鋅。鍍在纖維絲上的氧化鋅會徑向生長，“長”出直徑僅為頭髮1/1800的納米線。長滿納米線的纖維絲就像“女士捲髮用的髮捲”。將兩個“髮捲”平行放置，給其中一個鍍金或其他金屬，金屬可以和氧化鋅形成類似二極體的導電效應。然後在馬達帶動下，兩個“髮捲”相互錯動摩擦，一拉一松。由於氧化鋅的“壓電效應”，納米線的形變便可產生電能。
據了解，王中林等人的這項成果其最大吸引力在於，只要衣服穿上身無須做任何特別的動作，織物就可自行發電。王中林說：“這項研究的重點在於如果你被風吹、聽到聲波或者受到震動，衣服都會發電，你不必做特殊的運動。”簡單地說，“只要你能動，就能發電。”
利用纖維成功進行納米發電，意味著“發電衣”等柔性、可彎曲的發電體在不遠的將來都會成為現實，甚至微風吹動的帳篷也能發電。

心臟起搏器、植入式耳蝸、血糖監測儀……醫學的進步使得人類健康越來越依賴於各種電子設備。科學家還在嘗試多種可植入電子設備的研製和開發，比如大腦刺激器，有的能夠阻斷飢餓信號，具有減肥功能；有的可治療帕金森氏症或者慢性疼痛。另外還有一些感測器，可用於檢測癌症或心臟病發作時肌體發出的警告信號。不過，所有這些植入式設備都有一個缺陷：雖然它們的輸出功率都很小，大約不過10微瓦或者幾毫瓦，但是一旦電量耗盡，周期性地更換電池不僅麻煩而且也相當不現實。比如，心臟病人不得不每隔幾年就得重新接受一次手術更換起搏器電池，每次費用多達2萬美元。
為此，研究人員試圖找到一種一勞永逸的方法，那就是利用人體內部能量來為這些醫療設備供電。這當然不是什麼神秘的超自然力，而是將身體內部儲存的化學能、身體釋放出來的熱能或者肌肉脈動產生的動能轉化為電能。研究人員希望，未來的醫療設備可以良性“寄生”在人體內，在需要的時候從人體內部能量中“偷取”一點點來維持正常運轉。

人體內有“1000節AA電池”

葡萄糖廣泛存在於各種食物中，是新陳代謝不可缺少的營養物質，也是人體活動所需能量的重要來源。人體每天攝入的食物所產生的能量相當於1000節AA電池，因此對於植入式醫療設備而言，人體內的葡萄糖無疑是最充足的能量來源。
2005年，日本東北大學教授西澤松彥領導的研究小組新開發出了一種利用血液中的糖分發電的燃料電池。電池的電極上塗有分解血液中葡萄糖的酶，葡萄糖分解後，電子在電池兩極之間移動，從而產生電流。利用人民幣1分硬幣大小的電極，研究人員得到了相當於0.2毫瓦的電量。這樣的生物電池可為植入糖尿病患者體內的測定血糖值的裝置或者心臟起搏器提供充足電量。
到目前為止，大部分在實驗室中研製出來的植入式生物燃料電池都是使用酶作為催化劑，加快反應過程，同時也產生更多電能。這種電池的缺點在於，酶往往在幾個小時後就會自動分解，從而嚴重影響電池的使用壽命。為此，研究人員也嘗試採用從溫泉細菌中提取的更為持久的酶來進行催化。美國密蘇里州聖路易斯大學的電化學專家甚至將酶裝進薄膜“口袋”中，但是在“外衣”的保護下，酶的生命也僅延長到了兩天，因此酶燃料電池走向實用還有待進一步改進和完善。

玩的就是心跳

2006年12月，英國工貿部宣布啟動一項開發體內微型發電機的計畫，投資額高達百萬英鎊。該項目的設計工作大部分由南安普敦大學附屬的一家公司負責。該公司已經研製出了一套原型，大小約是預期裝置的5倍，並已在實驗室中開始測試。公司執行長羅伊·弗里蘭表示，他們分別從心跳以及肢體運動兩個方面來研發這種利用人體動能發電的裝置，但出於商業考慮，他不肯透露有關發電機工作原理的具體細節。
這個研究項目的帶頭人、英國桌聯(Zarlink)半導體公司商業開發部經理馬丁·麥克休說，他們的最終目標是製造一個直徑6毫米、長20或30毫米的發電設備，大小與菸頭相當，輸出功率達到100微瓦—150微瓦，可以驅動心臟起搏器或者生物感測器，並希望這樣的裝置能夠在5年內上市銷售。
另一種將動能轉化為電能的方法是利用壓電效應。壓電敏感元件受到外力作用時就會產生電流，但由於材料的脆弱性以及輸出功率有限，其開發前景並不被看好。