新型可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)體熱供電

據(jù)發(fā)表在新一期《先進(jìn)功能材料》雜志上的一項(xiàng)研究，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)械工程系研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種僅用體溫即可為醫(yī)療保健儀器供電的設(shè)備，有望解決可穿戴設(shè)備充電的問(wèn)題。

在現(xiàn)代化生活中，設(shè)備電池沒電會(huì)帶來(lái)不小的麻煩。尤其對(duì)那些依賴可穿戴醫(yī)療保健設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)血糖、跟蹤心臟功能的人來(lái)說(shuō)，花費(fèi)過(guò)多時(shí)間充電可能會(huì)帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。

研究人員將一種熱能發(fā)電機(jī)與脈搏血氧儀傳感器相結(jié)合。熱能發(fā)電機(jī)利用液態(tài)金屬和半導(dǎo)體通過(guò)3D打印橡膠集成在一起，成為一種柔性可拉伸的可穿戴裝置。其中的關(guān)鍵在于，他們使用了液體金屬環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，增強(qiáng)了熱電元件與設(shè)備及身體接觸點(diǎn)之間的導(dǎo)熱性。與該團(tuán)隊(duì)過(guò)去的研究相比，這種設(shè)計(jì)將功率密度提高了大約40倍。

為了測(cè)試其電壓輸出，研究人員在參與者休息和運(yùn)動(dòng)時(shí)將該設(shè)備戴在他們的胸部和手腕上。結(jié)果顯示，當(dāng)參與者運(yùn)動(dòng)時(shí)，其手腕上的設(shè)備輸出更大。原因是在運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)備的一側(cè)會(huì)因氣流增加而冷卻，另一側(cè)因體溫上升而變熱。步行和跑步創(chuàng)造了理想的溫度差，這可以為設(shè)備供電。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在通過(guò)無(wú)縫材料集成，實(shí)現(xiàn)高機(jī)械性和熱電性能，在軟材料、溫差發(fā)電（TEG）陣列設(shè)計(jì)、低功耗電路板設(shè)計(jì)和機(jī)載電源管理方面取得進(jìn)步。

研究論文第一作者梅森·扎丹表示，這是邁向無(wú)電池可穿戴電子產(chǎn)品的第一步。未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)還將改進(jìn)電氣性能，促使其從概念驗(yàn)證轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詫?shí)際使用的產(chǎn)品。