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一个人走一步就能产生6~8瓦的电能，全人类流失的能量可建十座核电站

近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员设计出一款能将人体运动转化为电能的装置，并将其嵌入鞋底，靠日常走路就能产生20瓦左右的电力，足够为手机等移动电子设备供电。

有了这种发电机，充电器就可以被丢在一边了，因为我们再也不用担心手机会没电。

此外，科研人员还表示，除了走路，人类日常的呼吸、心跳、体温甚至血液都可以发电。总之，人体就是一台多功能发电机。那么，这些我们赖以生存的方式到底是如何产生电力的呢?

人类在日常生活中会产生很多能量，用于肢体运动、维持体温、体内循环等方面，但是这些多种多样的能量基本没被使用过，就直接流失了。

比如，研究发现，一个人走一步就能产生6~8瓦的电能，可以想象如果全人类走路的电力都被收集起来，总量将会多么惊人。这种能量属于机械能;再比如，据测算，一个体重50公斤的人一昼夜所消耗的热量约2500千卡，若将这些热量收集起来，可将50公斤的水从0℃加热到50℃。这属于热能;另外，还有人体内种类繁多的化学物质和微生物，它们的能量属于化学能。

科学研究认为，一个人一生中至少有1/3以上的能量被白白浪费掉，全世界有60多亿人口，如果能将这部分能量开发利用起来用来发电，就相当于建造了十座百万千瓦级的核电站。

东南大学生物电子学国家重点实验室的付德刚教授说：“人体是座能源宝库，如果用人体发电成为现实，将解决很多用电问题，特别是在医学领域的意义重大。”付德刚教授目前的研究方向正是微生物发电，即化学能。

他认为包括化学能在内，用人体能量发电普遍存在三个问题：第一，不稳定。能发多少电，发多长时间的电都是随机的，很难支持连续用电;第二，电力弱，单个人体能产生的电力总量很小，使用范围有限;第三，收集难，如何将人体产生的电力收集使用可不光是连根电线那么简单。

付德刚教授说：“而且，用人体发电最大的难题在于如何不妨碍日常活动和身体健康。这一点不论对机械能、热能还是化学能都是关键。”

机械能

走路发电可能在近期进入生活

用人体的机械能发电，目前来说是最为简单可行的。其中，走路发电是最为普遍的研究，并可能在近期进入生活。美国威斯康星大学麦迪逊分校正是做出了一种发电装置设置于鞋底，才实现了走路发电。

根据美国《自然通讯》杂志的描述，这种装置由成千上万个微小液滴和一种新型的纳米衬底组成，安装在鞋底，当人体运动等机械能挤压鞋底的时候，液滴的形状就会发生改变，然后在这种特制的纳米衬底表面就能形成一定的电流。研究人员称，该装置可以将行走时的机械能转化为20瓦左右的电力，足够为移动电子设备供电。而且不同于传统电池，这种装置本身不需要充电，只要你处于运动当中，无论是散步还是慢跑，电流都会源源不断地产生。

但是，为什么这个走路发电的装置只要受到挤压就会发电呢?它运用的科学原理是压电效应。

同在东南大学生物电子学国家重点实验室的徐春祥教授，主要研究方向是光电器件，他就成功使用压电效应产生过电。徐春祥教授介绍说，压电效应首先需要找到压电材料。压电材料有很多种，包括压电陶瓷、氧化锌等。“压电材料有一种特性，就是平常不带电，一旦给它施加了机械外力，使其形状发生变化，电荷就会往一端跑，导致材料的两端出现正负极，就跟电池一样。如果将材料连上电灯泡，就可以使电灯泡亮起来。”

具体操作过程是：把氧化锌通过化学气相沉积的方法变成“微单晶”的形态，看起来就像一个个细长的柱体，不过这些六棱柱的直径只有几十纳米到几微米之间，肉眼无法看清。将很多这种圆柱体通过物理方法放在一起，当它们受到挤压的时候就会产生电流。

中国科学院外籍院士王中林教授的研究小组曾经制造了一种“纳米发电机”，在实验老鼠的心脏植入后，可产生3毫伏特潜电压下30微微安培电流。虽然电量非常小，但如果能够按比例输出，将足够为单个植入型纳米传感器提供电能，比如：血压传感器或者葡萄糖传感器。

目前，他们的最新进展是，已可实现2~3伏的电压输出，此电压足以驱动多种常规电子器件。

热能

皮肤和外界的温差可以为手表供电

人体的能量每时每刻都在以热量的形式流失，即使只是坐着阅读一篇文章，流失的热量也有100瓦，运动越激烈，流失的能量越多。

1998年，日本精工手表公司就曾研制出一款不需要电池的手表，依靠从手腕皮肤吸收几微瓦热量就能自行运转，但其外形笨重、价格昂贵，再加上人体周身皮肤的温度输出功率很小，难以达到实际应用水平，因此精工手表公司至今也没有将这款手表投入商业生产。

“这款手表的原理是热电效应。”付德刚教授表示。所谓的热电效应，就是指物体受热后，物体中的电子由高温区往低温区移动时，产生电流或电荷堆积的一种现象。“也就是说，用来发电的实际上是‘温差’。”以这款手表为例。手表中的发电装置，一边贴着人体，另一边接触外界。

人体的恒定温度一般在37℃左右，外界的自然温度与季节有关，但总是与人体温度有所差异。经过科学研究，人体与外界的温差，冬季在10℃~18℃之间，春秋两季在10℃~15℃之间，夏季在12℃~15℃之间，基本上是一个常数。所以，利用人体与外界的温差发电的确有可能。

“实际上，热电效应已经广泛应用于工业领域，”付德刚教授说，“冰箱制冷就是把热电效应的原理翻过来使用，即通过强制改变电压，调节冰箱内和外部自然环境的温差。”

但是，想要把人体跟外界的温差真正用于发电，还有很长的路要走。第一个问题是如何发电。实验室里用温差发电是一回事，真正用人的体温发电又是另一回事，不稳定、电力弱仍然是大难题;第二个问题是如果真能发电了，也需要做到不妨碍人体的日常动作，轻巧方便。

化学能

给人体血液循环建“水电站”

想用化学能发电，则需要使用人体的葡萄糖或微生物等材料。以葡萄糖为例，葡萄糖广泛存在于各种食物中，是人体活动所需能量的重要来源，有研究表明，人体每天摄入的食物所产生的能量相当于1000节AA电池。

2005年，日本东北大学教授西泽松彦领导的研究小组新开发出了一种新型电池，利用血液中的糖分作为燃料来发电。这种电池的电极上涂有酶，可以分解血液中的葡萄糖。葡萄糖分解后，电子在电池两极之间移动，从而产生电流。利用人民币1分硬币大小的电极，研究人员得到了相当于0.2毫瓦的电量。

这种电池的实验原理很简单。只要在葡萄糖溶液里放入两个电极，其中一个电极上涂上酶，酶就会从葡萄糖液体里分解出电子，有酶的那根电极就成为负极，没有酶的那根电极就成为正极，就像电池的正负极一样，连上线就可以把电输送出去。

“实验室里做起来简单，想真正用到人体内，很难。”付德刚教授说，首先，人体内的血糖浓度远远低于实验室使用的葡萄糖液体，靠血液里的葡萄糖发电，产电量很弱;其次，对人体是否安全还很难说。而且，就算血糖浓度可以安全调节，这个发电装置安装在人体的血管里，就像河流安装了水电站，利用水流发电是好事，但对于河流本身和河流周边的生态环境肯定会产生影响。

同样的，如果想利用人体的微生物发电，人本身的微生物不够用，引进外来微生物进入人体又有风险。所以相比较而言，在人体的机械能、热能和化学能发电的设想中，化学能目前是最难也最需要谨慎的。

用人体发电的一些案例

走两万多步就能驱动火车

美国麻省理工学院的两名研究生设计了一种地板，可以在人流集中的地方收集走路、跳舞以及跳跃等运动产生的机械能，将其转化成电能。他们称它为“人群电场”。

根据实验，人群加在一起走28527步产生的电力，就足以推动一辆火车移动一秒。

办公大楼“吸热”供暖

美国新泽西州电信电话公司设计建造了一座新颖的办公大楼，利用楼内的能量收集置换装置，将在大楼内工作的3000多名员工所散发的热量收集起来并置换为电能，用于照明、电脑办公，甚至调节室内温度，使之保持在18℃~29℃之间。

据《现代快报》

1.氧化锌的微单晶在显微镜下呈现六棱柱状

2.中国科学院外籍院士王中林教授和他发明的纤维纳米发电机

3.美国威斯康星大学的研究人员将发电装置嵌入鞋底

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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