能量收集技术瞄准可穿戴应用
2015-04-15 13:02:09   来源：微迷   评论：0   点击：

美国北卡罗来纳州立大学的研究人员正利用奈米技术，为超低功耗传感器打造能量收集与储存装置，这项获得美国联邦政府资金赞助的研究案，目标是实现不需电池、以人体发电的可穿戴式健康监测装置。

北卡罗来纳州立大学旗下的集成式传感器技术先进自供电系统中心（ASSIST）正在开发两种传感器：一是用于生物电子、生物化学以及声学监测的非侵入式健康传感器，另外一种则是量测气体、颗粒物质以及温度的环境传感器；研究的目标是针对环境如何导致生理讯号的改变收集更精确的资料，以及开发多模式能量收集装置。

ASSIST的产业联络窗口Tom Snyder曾在今年初的国际消费性电子展上，展示了一款气喘监测器，是透过使用者的呼吸来启动与供电：“如果我们知道暴露在臭氧中，监测心电图(EKG)以及知道身体的运动──气喘的是可以在发生的24小时以前被预测到的；”他表示，目前这些原则正在进行研究。

那些可穿戴传感器必须要是小型化、低功耗，而且定期进行资料传输；为此ASSIST与其研发夥伴正在开发多模能量装置，结合例如热电以及动能等元素。而ASSIST将在下个月举行的年度成果检阅上，展示一款臂带式EKG监测装置，能利用热电能量无线传输资料到一个收集器。

“如果我们要做纵向的长期研究，我们不会希望资料收集中断；因此如果你能找到一种自供电的方式，就能收集到更多、更完整且持续的资料；”Snyder指出，当可穿戴式装置变得常见，电力会是一个很大的问题：“购买那类装置的人们会使用一段时间，然后它们在六个月之内有大部分最后会被丢在抽屉里或是被抛弃，就是因为与电池相关的麻烦。”

热电材料是导电的，但能隔热；如臂带式装置的案例是将体温转成电力；如果材料的某一面温度比贴着皮肤的那一面低，温度差就能驱动电压用以收集能量。ASSIST的团队也在针对软性、奈米级材料研究新的热同步技术，例如具备可拉伸电极，能更贴合于皮肤或从人体汲取更多的热。

ASSIST开发以热能转成电能的健康传感器

此外ASSIST采用压电材料采集动能，目标是在非常低的电压下运作；Snyder指出，Seiko的动能手表是在内部有一个重量，能转动马达来产生电流与电力──ASSIST希望能利用此原则，在压电元件加上一个重量，来采集旋转或运动产生的能量。

Snyder表示，以上两种能量采集方法都有实际应用、也能降低能源成本；举例来说，医疗专业人员可用能量收集器来监测EKG或血糖值，而以动能收集为主的装置则能利用在资产追踪或是运输等对于监测产品震动有帮助的地方。

ASSIST打算开发一个完整的系统，需求的电力低于1mW；Snyder表示：“最好是只有几微瓦，然后我们就能收集足够的能量，让外观非常小型化的系统能持续运作。”他有信心假以时日，能量收集技术甚至能收集到比需求量更多的电能，例如宾州大学正在进行研发的超级电容，是传统电容与锂离子电池的混合体：“那些超级电容具备创世界纪录的能量密度以及低泄漏电流。”

另外，ASSIST 也正在与密西根大学合作开发一种定制化射频装置，目标是让其耗电量比蓝牙低功耗技术低一千倍；目前研究人员正在测试各种可能的低功耗技术，包括射频、传感器与其他硬件。