膝动力能量收集器保持设备运行

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香港中文大学的研究人员开发了一种膝动力能量收集器,它产生的能量足以为小型电子设备提供动力。

knee-powered能量收割机
这是曲柄滑块机构在膝关节运动时产生能量的示意图(图片来源:Gao et al)

由团队描述应用物理快报能量收集器安装在佩戴者的膝盖上,当佩戴者走路时可以产生1.6微瓦的能量,而不需要增加任何力气。这些能量足以为健康监测设备和GPS设备等设备供电。

“自供电GPS设备将吸引登山者和登山者的注意,”作者廖伟新(音译)说,他是机械与自动化工程系的教授。

据说,研究人员使用了一种特殊的智能大纤维材料,这种材料可以从它所经历的任何弯曲中产生能量,从而创造出一个曲柄滑块机构。作者选择将该设备连接到膝盖上,是因为与大多数其他人体关节相比,膝关节的活动范围更大。

廖在一份声明中说:“这些收割机可以直接从大变形中获取能量。”

由于穿戴者行走时材料会不断来回移动,每当膝盖弯曲时,设备就会弯曲并产生电流。廖说,这意味着收割机可以“通过人类膝盖的自然运动捕捉生物力学能量”。

以前的可穿戴式能量收割机利用了设备中由于运动而引起的振动,这在效率方面存在缺点。

廖说:“人类走路的频率相当慢,这大大降低了能量收集能力。”由于该小组的设备使用了不同的方法,它绕过了这一限制。

原型机重307克,在以2至6.5公里每小时(约1至4英里每小时)的速度行走的人体上进行了测试。研究人员比较了佩戴者使用和不使用该设备时的呼吸模式,并确定行走所需的能量没有变化,这意味着该设备在不花费人类任何成本的情况下发电。

研究人员指出了高效、可穿戴的能量收集器的优点,并展望了该技术未来的商业化。

廖说:“自供电设备可以让用户摆脱不方便的日常充电。”“这种能量收集器将促进自供电可穿戴设备的发展。”

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