在电影《黑客帝国》中有这么一个桥段,男主在现实中被唤醒,发现自己只是未来机器世界用来供给能量的生物电池一枚。其实某种意义上来说,这种科幻在未来非常有可能被变为现实。
行走的电池
一个正常的成年人,体温值范围是在36.1-37.1℃之间。人体就像一个加热器,通过化学能维持着体温的相对恒定,而组成我们身体70%的其实是液体。由于液体的比热问题,把1升水从0度加热到37度,需要消耗大量的能量。公式:Q吸=cmΔT,c是比热容,m 是质量,Δt 是温差。水的比热容是4200J/(kg·℃)Q=4200J/(kg·℃) X 1Kg X 37℃ =155400J=155.4千焦耳。而算上我们总的体液量,为了维持体温恒定一个正常人身体发热的平均小时功率大约有130瓦左右。按日常家电的用电量,人一天发热产生大概3度电的能量。遗憾的是,这其中75%都被白白浪费掉了。
生物电
生物能够产生电能,这么一说你首先想到的可能就是电鳗。电鳗的放电能力来自于它特化的肌肉组织所构成的放电体。肌肉组织几乎都能放电,占其身长的80%以上,有数以千计的放电体。电鳗的头部是负极,尾部是正极,每个放电体约可制造0.15伏特的电压,而当数千个放电体一起全力放电时的电压便高达600~800伏特。
除了动物,植物也会产生电流。我们常常见到的向日葵,它们的花朵能随着太阳的东升西落而运动;含羞草的叶子,经不起轻扰,一碰就会低眉垂着头害起羞来。这些植物界中的自然现象,都是因为生物电在起作用的缘故。植物中的生物电,究竟是怎样产生的呢?有人曾做过如下的实验:在空气中,将一个电基放在一株植物的叶子上,另一电基放在植物的基部;结果发现两个电极之间能产生30毫伏左右的电位差。当将同样的一株植物放在密封的真空中时,由于植物在真空中被迫停止生命活动,所以植物基部和叶片之间的电压也就消失了。
19世纪,内科学用电位器测得神经细胞膜突然受到刺激产生0.1伏特电。至此,人们再不怀疑人体生物电的存在,20世纪50年代后,人们才揭开了其中奥秘。原来,生物的每个细胞都有完整的细胞膜,细胞膜有两层脂肪分子,细胞内带电离子必须通过离子通道才能穿过细胞膜。在平时,细胞内钾离子多,细胞外溶液中钠离子多,细胞内外产生电势差,这就是膜电位。一旦细胞膜通道打开,细胞外高浓度溶液流向细胞内,就产生动作电位。一个个肌肉细胞排列整齐,上面布满神经,这就像把一个个小电池串联起来那样,虽然每个电池只有0.1伏特,如果有亿万个这样小电池的话,那么它的电压就不小了。电鳗就是整合了这些电压。
了解生物电的来龙去脉后,人们就用它来为人类造福。首先,生物电在医学上已广为应用,拯救成千上万的人的生命。大家知到,医学常用测心电图的办法判别心脏病,用脑电图来诊断脑疾病与研究大脑活动。
人体发电的未来
在证明了生物电的存在后,近半个世纪来,都有人尝试将自己变成“闪电侠”。期望整合及控制人体细胞产生的微弱电流。理论上仅仅3立方厘米的肌肉组织可以产生最高1万伏特的电压!而他们期望通过冥想和瑜伽来聚集这种电流。然而人毕竟不是鳗鱼。很多努力最终都以失败告终。
然而最近,很小的新型小装置很可以将您的身体变成电池,这意味着起搏器,药物输送泵和其他可植入医疗设备可以使用新型可再生能源运行。这种可穿戴设备称为热电发电机(TEG),可将人体的热量直接转化为电能。科罗拉多大学(CU)博尔德分校的科学家以小环的形式测试了他们的TEG,但根据目前设备需要的功率,这种微型发电装置理论上只有一个手环的大小。
它是这样工作的:首先,穿上可穿戴设备。(只需确保它与您的皮肤接触即可。)设备内部的柔性可延展电路会将您体内的热量转化为电能。同时,嵌入在设备内部的特殊材料会自行修复并重新配置接触热量,以防止在您移动时无法发电的问题。(TEG)像您的皮肤一样具有弹性和弹性。科学家在他们的研究中说,这意味着您可以在各种条件下舒适地佩戴它,该研究发表在《科学进展》上。除了通过人体热量外还有辅助的太阳能模块在某些时候加入供电。如果这个设备在实际使用中得到验证,技术人员将改进而在未来能提供恒定的功率输出,这种热电发电机利用温度差(例如您身体的温度与周围空气的温度)将能量转化为电能。为了建立平衡,这些可穿戴TEG设备可以为每平方厘米的皮肤空间产生大约一伏的能量,这比大多数现有电池的单位面积电压要低。尽管如此,由于设备具有类似于乐高的模块化功能,研究人员仍可以将小玩意从戒指扩展到类似Fitbit的运动手链,甚至是完整的发电机单元中。新形式可以产生更多的功率,从而为具有更高电气要求的设备充电。
取代“肮脏”的技术
电池生产其实是一种非常肮脏的技术,它使用稀土金属和腐蚀性材料。而人体发电技术则更清洁,更环保,研究人员称,在5至10年内,这项技术将得到应用与普及。届时您将会在商店中看到这些可穿戴设备。“我们正在努力使我们的设备尽可能便宜和可靠,同时对环境的影响也尽可能接近于零。”
现实中的霹雳贝贝
《霹雳贝贝》是由中国儿童电影制片厂出品,宋崇导演、张之路编剧,张京,王莹,鄢丽娜,章萍主演的中国第一部儿童科幻片,该片于1988年上映。影片讲述了手上带电的小男孩贝贝摆脱孤独寻求友爱和理解的故事。
梵君小时候特别羡慕这个NB的小男孩,因为他用手指PiuPiu的就可以控制学校里的电打铃。 而现实中也有一些号称“电人”的例子。
在意大利罗马南方的一个村子里,住着一位名叫斯毕诺的16岁青年人,他的叔父艾斯拉模·斯毕诺在1983年8月首先发现了他的奇异之处:每当斯毕诺来到他家时,他家里的电气产品就会发生故障,而且他身边的床还会无缘无故发生自燃,油漆罐也会着火等。
英国的贾姬·普利斯曼夫人是另一个会发电的人。贾姬的丈夫普利斯曼先生是位电气技师。但他的夫人却时时发“电”:一旦她靠近电器,电器制品就会损坏,电视会自己转台、灯泡会爆炸……已经毁坏了24台吸尘器、9台除草机、12台吹风机、19个电饭锅、8台电炉、5只手表、3台洗衣机。
科学家用尽各种办法来研究以求解开这个不可思议的人体发电现象。他们从电鳗的健康与发出电能的相关关系得到启发,纽约州立监狱的南萨姆医师用囚犯做实验,用“肉毒菌”让被实验者暂时得病,暂时发电的现象在病人身体上出现了。这时从病人的体内可以检测出大量的静电。不过,病人的身体一旦恢复健康,发电的现象便消失了。
当然以上故事都只是传说,并未经过证实。或许只是他们身上体毛更多产生的静电更多的缘故吧。
梵观点:这是一项令人值得期待新技术,它不仅环保,而且解决了随身携带充电宝的问题。