Wei Gao 的摩擦發(fā)電機由常用的商業(yè)材料制成，并在佩戴者移動時產生電力。來源：加州理工學院

可以監(jiān)測心率和體溫以及血糖和代謝副產物水平的廉價可穿戴傳感器的出現，使研究人員和衛(wèi)生專業(yè)人員能夠不同的方式監(jiān)測人類健康。但與所有電子設備一樣，這些可穿戴傳感器需要電源。電池是一種選擇，但不一定是理想的，因為它們可能體積大、重且沒電。

加州理工學院的 Wei Gao 是 Andrew 和 Peggy Cherng 醫(yī)學工程系醫(yī)學工程助理教授，他一直在開發(fā)這些傳感器以及利用人體本身為它們供電的新方法。此前，他創(chuàng)建了一種傳感器，可以監(jiān)測由汗液本身驅動的人體汗液中的健康指標。

現在，Gao 開發(fā)了一種為無線可穿戴傳感器供電的新方法：他收集人在移動時產生的動能。

這種能量收集是通過附著在人體皮膚上的薄薄的三明治材料（特氟龍、銅和聚酰亞胺）來完成的。當人移動時，這些材料片與由銅和聚酰亞胺制成的滑動層摩擦，并產生少量電力。這種被稱為摩擦電的效應可能用一個人在走過鋪有地毯的地板然后觸摸金屬門把手后可能受到的靜電電擊來說明。

“我們的摩擦發(fā)電機，也稱為納米發(fā)電機，有一個固定在軀干上的定子和一個連接在手臂內側的滑塊。在人體運動期間，滑塊會靠在定子上滑動，并且電流是同時產生的，”高說。“這個機制很簡單。摩擦會產生電能。這在概念上并不是什么新鮮事。”

高說，新的是研究團隊如何制造納米發(fā)電機。

“我們沒有使用花哨的材料，而是使用市售的柔性電路板，”他說�！斑@種材料價格便宜，非常耐用，并且在很長一段時間內機械堅固。”

納米發(fā)電機不會產生大量電力；確實，需要一個表面積為 100 平方米的設備來為 40 瓦的燈泡供電。然而，高的可穿戴傳感器的功率要求較低，系統將產生的電力存儲在電容器中，直到有足夠的電量從傳感器讀取數據并通過藍牙將數據無線發(fā)送到手機。一個人移動得越多，傳感器收集數據的頻率就越高。然而，即使這個人相當久坐，傳感器也會積累足夠的能量來運行。

高希望使用通過多種方法產生的能量來運行他的可穿戴傳感器。例如，可穿戴設備可能會使用汗水、摩擦發(fā)電機和小型可穿戴太陽能電池板產生的電力。

描述這項研究的論文發(fā)表在《科學進展》雜志的第 40 期，題為“由人體運動驅動的無線無電池可穿戴汗液傳感器” 。