據(jù)報(bào)道，日本索尼公司于近日開始銷售名為Reonpocket的可穿戴空調(diào)，可以將人體體感溫度降低13攝氏度，或升高8攝氏度，成功實(shí)現(xiàn)了人們“把空調(diào)帶走”這個(gè)愿望。Reonpocket用戶只需將設(shè)備放置在特制汗衫脖子后面的插槽中，通過手機(jī)App對其進(jìn)行溫度調(diào)控，就可達(dá)到冬暖夏涼的效果。值得關(guān)注的是，它充滿電只需2小時(shí)，充一次電后待機(jī)可超過24小時(shí)，可持續(xù)使用90分鐘。

近年來，健身追蹤器、耳中增強(qiáng)音頻的可聽設(shè)備以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)隱形眼鏡等各種各樣的可穿戴設(shè)備快速發(fā)展，并在智能服裝、智能設(shè)備、運(yùn)動追蹤器以及醫(yī)療設(shè)備中得以廣泛應(yīng)用。這些可穿戴設(shè)備的功率需求范圍從基本步數(shù)計(jì)數(shù)器的1毫瓦到更高級的智能手表的數(shù)十毫瓦，當(dāng)使用容量為10～300毫安/小時(shí)的厘米級小電池時(shí)，這將導(dǎo)致其電池壽命最多只有幾天。

基于此，更長的電池壽命會是不錯(cuò)的選擇，但關(guān)于當(dāng)前的電池技術(shù)而言，存儲的能量與體積相關(guān)，而更大的電池會新增可穿戴設(shè)備的體積和質(zhì)量，無法用于編織成紡織品或直接附著在用戶皮膚上。

一些研究人員通過開發(fā)新型的可拉伸電池和超級電容器來應(yīng)對可穿戴電源的挑戰(zhàn)，但很難通過絲網(wǎng)印刷（這一過程可大大降低成本）來生產(chǎn)這種電池；其他開發(fā)商正在嘗試通過使用近距離無線通信芯片組來完全繞開電池，但是NFC技術(shù)要求可穿戴設(shè)備的幾厘米范圍內(nèi)擁有外部電源（例如手機(jī)），一旦移開可穿戴設(shè)備就會停止工作。

因此，研究人員嘗試從身體或周圍環(huán)境中收集能量，較早的方法涉及利用運(yùn)動，光線和熱量。但這些經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的能量收集方法，卻很少能夠?yàn)樾⌒?、靈活、有用的可穿戴設(shè)備供應(yīng)足夠的能量。例如，運(yùn)動采集器非常適合手表應(yīng)用，但是在佩戴最新可穿戴設(shè)備的區(qū)域（例如在胸部或耳朵上）時(shí)，卻沒有足夠的運(yùn)動量來供應(yīng)；熱電發(fā)電機(jī)只有在由鋁制成的大型散熱器來收集人體的熱量，并將其傳遞到設(shè)備時(shí)才能有效地轉(zhuǎn)化能量，假如可穿戴設(shè)備穿著在衣服下，熱電發(fā)電機(jī)和太陽能電池將無法正常工作。

近日，加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校可穿戴傳感器中心的研究人員，認(rèn)為可以從穿戴者的汗水中汲取能量以出現(xiàn)生物燃料，可以更好地為下一代可穿戴設(shè)備供電。他們發(fā)現(xiàn)，人類汗液中的某些物質(zhì)可用作可穿戴式燃料動力電池的燃料。汗水不只是水，它包含多種礦物質(zhì)和其他物質(zhì)，例如葡萄糖和乳酸。這些物質(zhì)被稱為代謝產(chǎn)物，是生物體內(nèi)不斷發(fā)生的化學(xué)過程副產(chǎn)物，它們可出現(xiàn)生物燃料，其中乳酸在汗液中的濃度更會隨著運(yùn)動量的新增而新增。

有意思的是，汗液并不是唯一的生物燃料來源，人類的身體還會出現(xiàn)各種潛在的生物燃料。例如，眼淚可以驅(qū)動智能隱形眼鏡，而唾液可以驅(qū)動智能護(hù)齒器。嬰兒的尿液可以為智能尿布供應(yīng)動力，而使用微針從皮膚收集的液體可以為藥物輸送裝置供應(yīng)動力。

據(jù)介紹，燃料動力電池由兩個(gè)電極（一個(gè)陽極和一個(gè)陰極）組成，它們之間有電解質(zhì)。為了將汗水轉(zhuǎn)化為數(shù)字手表或其他可穿戴設(shè)備的能量，燃料動力電池利用一層與汗液中的乳酸反應(yīng)的酶來分解電子和質(zhì)子。質(zhì)子穿過膜到達(dá)陰極，而電子流到電路中，為設(shè)備供電。

與任何現(xiàn)有的能量轉(zhuǎn)化方法相比，這些生物燃料動力電池可以以更實(shí)用、更可穿戴的形式供應(yīng)更高的功率密度。因?yàn)樨S富的汗液很容易獲得，特別是當(dāng)一個(gè)人在進(jìn)行運(yùn)動時(shí)。同時(shí)，考慮到運(yùn)動員們早已廣泛地使用了各種可穿戴設(shè)備，這代表了汗水動力設(shè)備具有廣泛的潛在市場。

他們并不是第一個(gè)考慮使用體液作為燃料的研究人員，20世紀(jì)70年代一些原始起搏器和人工耳蝸就使用葡萄糖生物燃料動力電池供電?？紤]到體內(nèi)生物燃料的豐富性，將其用于可植入設(shè)備是一種合理的選擇。但缺點(diǎn)在于，用于催化燃料動力電池反應(yīng)的酶會降解，并且電極會在幾天內(nèi)停止運(yùn)行，而恢復(fù)燃料動力電池運(yùn)行的唯一方法是手術(shù)移除植入物，這顯然是不可行的。

為防止酶的消耗問題，加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分?？纱┐鱾鞲衅髦行牡难芯咳藛T重點(diǎn)開發(fā)了可穿戴在體外的一次性可穿戴設(shè)備。早在2014年，他們展示了首個(gè)生物燃料動力電池，即將乳酸生物燃料動力電池絲網(wǎng)印刷在織物頭帶和腕戴式護(hù)汗板上。在實(shí)驗(yàn)中，生物燃料動力電池每平方厘米出現(xiàn)的功率高達(dá)100微瓦，足以為LED和手表供電。這要比將熱電發(fā)電機(jī)與小型，可穿戴式散熱片搭配使用時(shí)的功率密度要大，并且比在普通室內(nèi)照明下工作的太陽能電池的功率密度大一些。

但由于可穿戴設(shè)備具有比數(shù)字手表更多的組件，因此它們消耗的功率大約為1毫瓦或2毫瓦，而提高可穿戴生物燃料動力電池的功率密度是一個(gè)長期的挑戰(zhàn)。經(jīng)過不斷地研究驗(yàn)證，他們發(fā)現(xiàn)新增電池的有效表面積并進(jìn)一步改善催化劑的化學(xué)成分，能夠?qū)⒐β拭芏忍岣?0倍，達(dá)到每平方厘米1毫瓦。在陽光直射下，該功率密度接近小型太陽能電池的功率密度。

為了使該生物燃料動力電池更具柔韌性和伸展性，該研究團(tuán)隊(duì)將陽極和陰極設(shè)計(jì)為一系列通過蛇形線圈連接的“島”，并用碳納米管覆蓋了每個(gè)陽極和陰極，形成了3D顆粒以新增電極的有效表面積。這種生物燃料動力電池點(diǎn)綴著成排的“島”，每個(gè)島都是一個(gè)3D電極。島的一半構(gòu)成陽極，另一半形成陰極，這些島之間由可拉伸和彎曲的細(xì)的彈簧形金屬絲構(gòu)成的可拉伸“橋”相連。

但是，由于電極本身并不會拉伸，因此隨著時(shí)間的流逝，電極和電解質(zhì)的熱失配會出現(xiàn)很大的應(yīng)變并導(dǎo)致燃料動力電池失效。目前，該研究團(tuán)隊(duì)正在努力解決此問題。而將汗水能量帶給可穿戴設(shè)備還有另一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的問題，即在大多數(shù)情況下人們不會經(jīng)常有汗水，或者汗水不足以出現(xiàn)大量能量。在運(yùn)動和運(yùn)動等應(yīng)用程序中，這可能不是問題，但在大多數(shù)情況下，生物燃料動力電池并不能持續(xù)工作。

為解決這一問題，研究人員認(rèn)為可以在可穿戴設(shè)備中添加能量存儲元素，或者在可穿戴設(shè)備中添加補(bǔ)充性的非生物燃料能量裝置。關(guān)于要恒定能量供應(yīng)的可穿戴設(shè)備（如智能手表），最好的解決方法是添加電池或超級電容器來充當(dāng)能量緩沖裝置。假如燃料動力電池具有高功率密度，但電力供應(yīng)斷斷續(xù)續(xù)，則可穿戴設(shè)備將在有電時(shí)為其電池充電，并在生物燃料動力電池停止發(fā)電時(shí)為電池放電，但此能量緩沖器要具有與其余可穿戴設(shè)備相同的一般物理屬性。

汗水發(fā)電是一項(xiàng)新技術(shù)，當(dāng)前仍然存在許多挑戰(zhàn)。一方面，并非所有人的出汗量都相同，因此必須確保該系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種條件；另一方面，要更好地將這些生物燃料動力電池與其他能源和電子設(shè)備集成在一起，以創(chuàng)建更實(shí)用的可穿戴設(shè)備。此外，生物燃料動力電池的壽命還需進(jìn)一步提高。未來，科學(xué)家們希望能研發(fā)出一種小型、靈活、堅(jiān)固耐用且可水洗的可穿戴設(shè)備，這些設(shè)備可全天使用且無需充電。