从人类身上获取能量

人体含有大量能量。事实上，普通成年人脂肪中储存的能量相当于一吨重的电池。这些能量为我们的日常活动提供能量，但如果这些活动反过来又能驱动我们依赖的电子设备呢？今天，世界各地的创新者都寄希望于我们实现这一目标的潜力。

运动会产生动能，而动能又可以转化为电能。过去，将人体动能转化为电能的设备，如手摇收音机、电脑和手电筒，都需要人的全程参与。但一个不断发展的领域正在不知不觉中利用我们的能量。

以健身俱乐部为例。在跑步机上迈出的每一步和每一次二头肌弯举，都会将多余的卡路里转化为运动，从而驱动发电机并产生电力。一个人锻炼产生的能量可能不多，但 100 个人锻炼产生的能量却可以为设施的电力需求做出巨大贡献。

这就是俄勒冈州波特兰市绿色微型健身房的理念，健身房里的固定自行车等器械可以在锻炼期间收集能量。踩踏可以转动发电机，产生电力为大楼供电。目前，人体能量仅能满足健身房一小部分的需求，但随着更多器械的改造，这一比例应该会上升。健身房老板亚当·博塞尔说：“通过极其节能，结合人力、太阳能以及未来的风能，我相信我们能在今年某个时候实现电力净零消耗。”顺便说一句，他的自行车并不是第一个利用踏板动力的自行车。在世界某些地区，骑自行车的人多年来一直在使用一种名为自行车发电机的装置为安全灯供电，这种装置利用发电机在车轮每次转动时产生交流电。

舞蹈俱乐部也加入了这一行动。在荷兰，鹿特丹新开的 Club WATT 俱乐部的地板可以利用舞者舞步产生的能量。该地板由一家名为 Sustainable Dance Club 的荷兰公司设计，基于压电效应，即某些材料在压缩或弯曲时会产生电流。（最常见的例子是打火机，当锤子敲击压电晶体时会产生火花。）当俱乐部的客人跳舞时，地板被压缩不到半英寸。它与下面的压电材料接触，产生 2 到 20 瓦的电力，具体取决于客人脚的冲击力。目前，这只足以为地板上的 LED 灯供电，但在未来，新技术有望产生更多的电力。在伦敦，另一家新开的生态夜总会 Surya 在其舞池中使用了同样的原理，老板希望有一天能产生俱乐部 60% 的电力。

小工具电源

除了由人体供电的健身房和舞蹈俱乐部外，研究人员还在研究为更普通、更有用的物品提供电力。研究人员正在想办法在没有传统能源的情况下为手机、MP3 播放器和笔记本电脑等小型移动设备供电。

不列颠哥伦比亚省西蒙弗雷泽大学运动实验室的马克斯·多内兰与美国和加拿大的研究人员合作，正在开发一种安装在标准膝关节支架上的电磁发电机。多内兰于去年二月公布的原型机可以将一分钟的步行转化为足够的电流，供半小时的手机通话。

膝关节发电机使用精密的电子元件来确保只获取多余的能量。计算机测量每一步中膝盖的角度，以确定何时启动和停止发电机。在普通的步伐过程中，我们利用肌肉能量加速腿部向前弧线运动，然后减速其向下运动。发电机仅在脚步的摆动阶段启动，此时肌肉已经在制动，因此它不会从您的脚步中夺走能量并减慢您的速度。然后电流通过电线为电池或设备充电或供电。

这种发电机名为仿生能量采集器，重量超过 3 磅，十分笨重。但由于齿轮更轻，框架采用碳纤维等轻质材料，预计明年左右推出的最新型号重量将接近 1 磅。目前原型机中，微型计算机将取代与设备相连的独立计算机。

这种装置有许多可能的用途。加拿大军方部分资助了 Donelan 的研究，因为士兵携带的通信和导航设备电池重量高达 30 磅，而使用替代能源可以大大减轻这一负担。消防员和警察等公共安全工作者也可以使用该技术在紧急情况下为手持设备供电。未来，需要电池的假肢可能会采用 Donelan 的技术进行设计。下一代设备可以运行手机、全球定位系统、iPod 和数码相机等设备。这对徒步旅行者和登山者来说尤其有用，因为他们大部分时间都远离电源。

正在开发的其他发电机使用与仿生能量收集器相同的电磁原理。例如，宾夕法尼亚大学的拉里·罗姆发明了闪电背包，这是一种背包，可以从臀部自然上下运动中获取能量。当你走路时，背包会在弹簧上弹起，弹簧通过齿轮连接到发电机。电线将电能传送到你的电池或电子设备中。罗姆说，输出功率非常惊人：20 瓦，足以满足几乎所有便携式设备的需求。但对于大多数人来说，这种背包并不实用，因为它需要重 80 磅才能产生 20 瓦的功率。（负载越重，上下振动的质量越大，动​​能潜力就越大。）然而，美国海军陆战队对此很感兴趣，并已委托为士兵制造背包。

多用途服装

与 80 磅重的背包相比，佐治亚理工学院的王钟林和两位同事正在开发一种线状能量收集器。这种微型发电机可以编织到 T 恤或其他衣物中，收集人体最细微的动作所产生的能量，并将电能输送到移动设备。

王的发电机利用的是小规模的压电效应。为了制作原型，他在纱线状的凯夫拉纤维上培育了氧化锌晶体。这些晶体像数千根小鬃毛一样突出在纳米线上，当它们相互摩擦时，就会弯曲并产生电能。在原型中，两厘米长的纤维产生了 16 皮瓦，即 16 万亿分之一瓦的电量。这是一个微不足道的电量，但随着纤维数量的增加，输出功率会增加。研究人员预测，使用这些纤维制成的服装每 11 平方英尺的布料可以产生高达 80 毫瓦的电量，这几乎足以为手机或其他移动电子设备供电。

在我们看到可以发电的服装之前（这可能在五年内实现），王和他的同事必须克服几个挑战。最大的问题是这些纳米纤维不能被弄湿。在清洗衣服时可以拉开拉链的衬里可能是解决方案，王也在探索防水纳米纤维的可能性。

他的下一个目标是提高纤维的效率。为此，他正在试验不同种类的聚合物，并寻求更好的方法来组合材料和收集电荷。但即使纳米纤维的效率没有提高很多，它们仍然可能能够完全通过身体运动为设备供电。电子设备越来越小，所需的电量越来越少，容量更大的电池将储存更长时间内积累的能量——让我们更接近一个不再浪费运动的时代。

很快，我们甚至可能无需有意识地移动就能产生电能。王教授正在研究一种聚合物薄膜，这种薄膜可以包裹住他的发电纤维，并允许它们植入人体。在那里，它们将从血管的稳定扩张和收缩中获取动能，为起搏器、胰岛素泵和其他医疗设备提供电力来源——这将是一项真正强大的突破。