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大科技-30世紀身體就是移動電源！

    科技一直與人體密切相關(guān)。從削尖的燧石到智能手機，我們承載著數(shù)千年的發(fā)展文化。但這種人與科技的關(guān)系即將進一步縮小——下一代的電子設(shè)備可能不僅僅是貼近我們的身體那么簡單，它們可以通過人體來供電。
        
        人活著其實很耗費能量。為了讓我們保持活力，我們的身體每天需要消耗2000至2500卡路里的熱量，這已經(jīng)足以驅(qū)動一個適度使用的智能手機了。因此，如果這部分能量的一小部分可以被虹吸，我們的身體在理論上可以為大部分的電子設(shè)備——從醫(yī)學(xué)植入物到電子隱形眼鏡——供電而不需要任何一個蓄電池。最近，研究人員已經(jīng)朝著這個方向——解開這個電位奧秘，邁出了重要的一步。
    

    
        尚未挖掘的潛力
        首先要說的是，在我們的身體中有著以各種形式存在的能量。其中的大多數(shù)能量只需要一些操作，就可以使用它們?yōu)殡娮釉O(shè)備供電。但并非所有的能量都可以。生物有機體是一個導(dǎo)電性的容積導(dǎo)體。當(dāng)一些細胞或組織上發(fā)生電變化時，將在這容積導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電場。因此在電場的不同部位中可引導(dǎo)出電場的電位變化，而且其大小與波形各不相同。
        
        例如，哺乳動物的耳朵內(nèi)就含有一個被稱為“電位”（endocochlear potential，簡稱EP）的微小的電壓。所謂電位（EP）在本文中所指的就是：動物的細胞或組織，尤其是神經(jīng)與肌肉，受刺激時所發(fā)生的電變化。人們在很久以前就在耳蝸內(nèi)發(fā)現(xiàn)——在內(nèi)耳有一個螺旋形腔，人體在這個局部通過將壓力波轉(zhuǎn)換成電脈沖來獲得聽覺（在刺激較強接近引起興奮沖動閾值的情況下，陰極的電位變化大于陽極，出現(xiàn)應(yīng)激性反應(yīng)），產(chǎn)生局部電位（這種電位變化僅局限在刺激區(qū)域及其鄰近部位，也就是內(nèi)耳處，并不向外傳布，故稱局部反應(yīng)，所發(fā)生的電位稱為局部電位）。這個EP是很難察覺到的，僅有十分之一伏，但在理論上功率已經(jīng)足夠為助聽器等聽覺輔助植入物供電了。
        
        長期以來，由于內(nèi)耳的極端敏感性，獲取這種人體內(nèi)部的EP一直被認為是不可想象的。但是如果是把堅實的手術(shù)實力和開拓的技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合的話呢？在美國馬薩諸塞州的研究人員就在2012年成功地做到這一點了。
    

    
        該小組開發(fā)了一種“能量采集芯片”，這種芯片只有一個指甲的大小，其目的是直接從EP中提取電能。他們用豚鼠來測試芯片。研究人員把它植入到了豚鼠體內(nèi)，并最終成功產(chǎn)生了足夠的電力來驅(qū)動豚鼠內(nèi)耳中的無線電發(fā)射器。但是，由芯片產(chǎn)生的僅僅大約一納瓦的電量（十億分之一瓦）和電子植入物所需的電量相比還是太低了，無法為其供電。即使如此，產(chǎn)生了一納瓦的電量和之前相比也已經(jīng)有了長足的進步，這已經(jīng)足以證明這個理論是可以實現(xiàn)的。如果在未來，電源輸出原型可以被增強的話，內(nèi)耳的天然電位有朝一日肯定能夠被用于助聽器之中。如果再大膽一點的話，理論上它甚至可以允許植入物來輔助預(yù)防和治療疾病，比如美尼爾氏病。
        
        然而，除了耳蝸以外，在我們的身體中能夠自由流動的電能是相對罕見的（幸運的話也許還能夠發(fā)現(xiàn)）。大多數(shù)生物能源被鎖定為其他的形式。當(dāng)然，循環(huán)利用也是一種釋放它的好方法。
    

    
        運動
        我們每天都會走路。我們身體中的能量除了需要為我們身體中的細胞提供外，大部分的能量都用于供給肌肉的運動、心臟的跳動以及人體的呼吸上（我相信你肯定會贊同這一觀點的，因為這些都是非常重要的事情）。自行車發(fā)電機或發(fā)條手電筒這兩個發(fā)明，都是在將這一動能轉(zhuǎn)化為電能。似乎目前也沒有什么類似的新的想法了，但其實事情已經(jīng)在慢慢變得更加復(fù)雜了。
        
        在過去的幾年中，研究人員已經(jīng)開始開發(fā)一些材料——其中的原理被稱為壓電性——能夠從人體運動中產(chǎn)生電力。壓電材料自發(fā)地產(chǎn)生電荷時，會接觸到應(yīng)力（希臘文壓電意味著擠壓或按）。這些材料已經(jīng)被用于無數(shù)的工業(yè)應(yīng)用之中，甚至是不起眼的點煙器（在“點擊”時，你所聽到的那種類似電子的聲音其實就是壓電晶體被擊中的聲音）。而如今，他們的下一個應(yīng)用領(lǐng)域可能就是開發(fā)出能夠產(chǎn)生能量的面料。
        
        其中最先進的當(dāng)屬在2013年由中美合作研究團隊發(fā)明的一種合成橡膠基壓電纖維，這一材料僅需使用人類運動所產(chǎn)生的動能就能夠產(chǎn)生電能。當(dāng)志愿者穿上一塊這種面料制成的鞋墊走路時，所產(chǎn)生的電力足夠點亮30個LED。更令人興奮的是，當(dāng)把這一織物貼在襯衫上后走路，產(chǎn)生的電量甚至能夠為鋰離子電池充電一個小時！
        
        壓電材料的潛力越挖掘越寬廣。這些材料也被用于從內(nèi)部器官獲取能量。去年，美國成功從被打過鎮(zhèn)定劑的牛、羊體內(nèi)的心臟的跳動和肺部的收縮擴張等動作獲得了動能并成功將其轉(zhuǎn)化為電量，這全要感謝隔膜電——研究人員在體內(nèi)器官附加了超薄的壓電材料。令人印象深刻的是，植入的織物功率約為一微瓦（百萬分之一瓦），這個功率大體上已經(jīng)能夠達到運行一個心臟起搏器所需的電量了。
        
        熱量
        如果你沒有太多的精力去走路，并且不喜歡有東西包裹在你的器官上的話，也不用擔(dān)心，你身上充沛的熱氣也能夠發(fā)電！現(xiàn)在智能面料正在被開發(fā)中，其中納入的“熱電”材料能夠通過熱差生成電荷。今年，來自澳大利亞和中國的研究人員首次成功合成了能夠把熱能轉(zhuǎn)化為電能的新型布料。它并沒有被集成到衣服上，但在加熱室試驗期間，該材料能夠通過身體的溫度來產(chǎn)生電流。它只產(chǎn)生了大約一納瓦的電量，而這雖然沒有壓電面料那么多，但已經(jīng)能夠和EP收集芯片匹敵了，它是世界上首例把熱能轉(zhuǎn)換為電能的材料，這種熱電面料絕對有著很大的發(fā)展空間。
        
        
        我們的身體內(nèi)的再生能源可以為電子器件提供電力這我們已經(jīng)知道了。但是，我們的皮膚下其實有著更豐富的能源來源，具有著更大的開發(fā)潛力。甚至可以說是這是一種天賜的化學(xué)燃料...
        雖然這一項目有著諸多潛在的優(yōu)點，但是利用血液發(fā)電仍然有一個嚴肅的問題——那就是你還是需要開刀動手術(shù)。為了保證EFC能夠在血液中正常運作，將需要多次植入該設(shè)備。一次性外科植入或許一些患者還可以接受，但如果像這樣這樣需要多次植入的話恐怕會造成患者的恐懼心理。而且這種設(shè)備本身也具有危險性和不便性，于是尋找一個只需較少侵入性就能獲得在體內(nèi)的化學(xué)能量的方式便又一次被提上案來。值得慶幸的是，我們已經(jīng)能夠看到一些希望了。