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能量也是物联网普及过程中的重要一环

记得科幻剧《Black Mirror》中的一个剧情——世界的运行是建立在人类骑单车产生的能量之上。而哥伦比亚大学新近也开展了一项类似的关于人体能量收集的研究。他们的研究内容没有那么恐怖,但是他们发现如果将人类日常活动中(比如走路、开门…)的动能收集起来,转化成的电能足以维持一些可穿戴设备对外部的数据连接。

可穿戴设备和物联网想要得到普及,电池是这其中必须要解决的问题。而现有电池和太阳能转化技术都会受到场景的限制,运动能量收集则是一种灵活、廉价的解决方案。

运动能量收集的方案可以是一个一定重量的小装置连接到弹簧。当人开始运动时,身上佩戴的能量收集器中的弹簧就会带动小装置,在这一过程中压电材料或者微电子机械系统会将动能转化为电能。人体运动的幅度和频率越大,那么产生的能量就越多。

比较容易理解的一点是,具备周期性的运动会比一般的活动产生更多的能量。研究人员发现写字和打开抽屉这样的动作大约能收集到10-30微瓦的能量;走路产生的可收集能量范围在100-200微瓦;而当你有意识地去摇一个物体,产生能量可以达到3000微瓦(3毫瓦)以上。

下表是人体在日常活动中产生的能量数据,包括休息、走路、跑步和骑车。你可以发现激烈的周期性运动——走路和跑步能产生不少的能量。而骑车对应的数据,如果你将能量收集器的佩戴位置向下调(比如放到脚踝上),这其中产生的能量会更多。

在他们的研究结果中,还有一些打破我们直觉的有趣发现:比如下楼梯比上楼梯产生更多的有效能量,因为前者肢体摆动的幅度更大;俯卧撑和仰卧起坐不如平常的走路有效。另外,高个的试验者比矮个试验者多产生20%的能量——这点在体重上也有类似的对应。

总的来说,哥大的这项研究对运动能量收集设备的生产和使用有极大的指导意义。几乎在他们的每个案例中,被试都能产生足够的能量将数据流无线传输到附近的设备——比如通过蓝牙将健康管理数据传给手机。同时,他们也发现一些物体,比如抽屉,书籍还有门因为吸收了人的动能同样也能收集到足够的能量将连接到物联网。

前一项发现(相信目前应该已经有团队正在研发)将会给Nike FuelBand和Fitbit这样的设备带来运动能量收集的功能,并有望让设备摆脱充电问题;而后一项则会使物联网实现更大范围的扩张。


(责任编辑:Ioter)

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