這種薄而柔韌的條帶可以戴在指尖上，當人的手指出汗或按壓它時會產生少量電力。(圖片來源：UC San Diego News Center)

一款新穎的可穿戴式裝置可將手指的觸感變成小型電子設備和感測器電源。近期美國加州大學聖地亞哥分校的工程師開發了一種薄而柔韌的膠布，可以戴在指尖上，當人的手指出汗或按壓時會產生少量電力。

這種以汗液為燃料的設備特別之處在於，即使佩戴者睡著或坐著不動，它也能發電。這項創新發明對於可穿戴式裝置領域來說可能是一件大事，因為研究人員現在已經找到如何使在一個人在不動的情況下也可以從人體汗液中提取能量。

共同第一作者、奈米工程博士Lu Yin表示：“這種類型的設備是同類設備中的首創，與其他汗水驅動的可穿戴式裝置不同，這款可穿戴式裝置不需要訓練，也不需要佩戴者的身體投入才能發揮作用。這將使可穿戴式裝置更實用、更方便、更容易被一般人使用的關鍵一步。”

7 月 13 日在Joule發表的一篇論文中描述了這種新型可穿戴能量收集器。

該裝置還可以通過輕按手指產生額外的能量，因此像打字、發短訊、彈鋼琴或打電報等動作也可以成為能量來源。

美國加州大學聖地亞哥分校奈米工程教授 Joseph Wang 表示：“我們設想這可以用於任何涉及觸摸的日常活動，這是人們通常在工作、在家看電視或吃飯時都會做的事情。我們的目標是讓這款可穿戴式裝置自然適合普羅大眾，而您甚至不必顧慮它。”

該設備的大部分能量來自手指尖產生的汗水，指尖是 24 小時的汗水工廠。一個鮮少人知的事實是，指尖的汗腺密度最高，是身體上最容易出汗的部位之一。每一個都擠滿了超過一千個汗腺，可以產生比身體其他大部分區域多 100 到 1000 倍的汗水。

Lu Yin表示：“我們一般會感覺身體其他部位出汗較多的原因是，這些部位通風不良，相比之下，手指尖總是暴露在空氣中，所以汗水一出來就蒸發掉。因此，我們不是讓它蒸發，而是使用我們的裝置收集這些汗水，使它可以產生大量能量。”但並非任何以汗水為燃料的設備都可以在指尖上運作，從如此小的區域收集汗水需要一些創新的材料工程。研究人員必須構建設備的不同部分，使其具有超強的吸水性，使其能有效地將人體汗液中的化學物質轉化為電能。

8 年前，Joseph Wang和他的團隊率先推出了汗水驅動的可穿戴式裝置。從那時起，他們一直在利用該技術開發新的、更好的方法使可穿戴式裝置供電。

這種最新的能量收集技術的獨特之處在於它可以隨時隨地用作電源。它沒有太陽能電池或熱電發電機相同的發電限制。

該裝置如何運作

該設備是一個薄而靈活的條帶，可以像膠布一樣纏繞在指尖上。碳泡沫電極墊吸收汗水並將其轉化為電能。電極上裝有酶，可以觸發乳酸和汗液中的氧分子之間的化學反應，進而產生電能。電極下方是一個由所謂的壓電材料製成的晶片，按壓時會產生額外的電能。當佩戴者出汗或按壓膠布時，電能會存儲在一個小電容器中，並在需要時釋放到其他設備。

研究人員讓受試者在進行久坐活動時將設備戴在一個指尖上。從 10 小時的睡眠開始，該設備收集了近 400 毫焦耳的能量——這樣的能量足以為電子錶供電 24 小時。從一個小時的隨意打字和點擊滑鼠開始，該設備收集了近 30 毫焦耳。而這只是來自一個指尖。研究人員表示，將裝置綁在其餘指尖上會產生 10 倍以上的能量。

Joseph Wang提到：“透過使用指尖上的汗水，無論你身在何處或在做什麼，汗水都會自然流出，技術可以讓使用者不費吹灰之力就能獲得能量的淨收益。這就是我們所說的最大能源投資報酬。”

Lu Yin補充到：“將其與訓練時收集能量的設備進行比較，當你跑步時，你投入了數百焦耳的能量，只是為了讓設備產生毫焦耳的能量。在這種情況下，您的能源投資報酬非常低。但是有了這個設備，你的報酬非常高。當你睡覺時，你沒有工作。即使用一個手指按壓，您也只需投入大約半毫焦耳。”

在其他實驗中，研究人員將他們的能量收集器連接到一個電子系統，該系統由連接到小型低功率顯示器的化學感測器組成，該顯示器顯示感測器數據。每 10 秒按下能量收集器 10 次，或者只是將它戴在指尖上兩分鐘就足以為感測器和顯示器供電。

目前，該團隊正在對該設備進行進一步改進，使其更加高效和耐用。未來的研究將包括與其他類型的能量收集器相結合，以創建新一代的自供電可穿戴式系統。

(來源：UC San Diego News, 生策中心編譯)