準備好扔掉你的充電寶了嗎,因為人體發電就在前方
在電影《黑客帝國》中有這麼一個橋段,男主在現實中被喚醒,發現自己只是未來機器世界用來供給能量的生物電池一枚。其實某種意義上來説,這種科幻在未來非常有可能被變為現實。
行走的電池
一個正常的成年人,體温值範圍是在36.1-37.1℃之間。人體就像一個加熱器,通過化學能維持着體温的相對恆定,而組成我們身體70%的其實是液體。由於液體的比熱問題,把1升水從0度加熱到37度,需要消耗大量的能量。公式:Q吸=cmΔT,c是比熱容,m 是質量,Δt 是温差。水的比熱容是4200J/(kg·℃)Q=4200J/(kg·℃) X 1Kg X 37℃ =155400J=155.4千焦耳。而算上我們總的體液量,為了維持體温恆定一個正常人身體發熱的平均小時功率大約有130瓦左右。按日常家電的用電量,人一天發熱產生大概3度電的能量。遺憾的是,這其中75%都被白白浪費掉了。
生物電
生物能夠產生電能,這麼一説你首先想到的可能就是電鰻。電鰻的放電能力來自於它特化的肌肉組織所構成的放電體。肌肉組織幾乎都能放電,佔其身長的80%以上,有數以千計的放電體。電鰻的頭部是負極,尾部是正極,每個放電體約可製造0.15伏特的電壓,而當數千個放電體一起全力放電時的電壓便高達600~800伏特。
除了動物,植物也會產生電流。我們常常見到的向日葵,它們的花朵能隨着太陽的東昇西落而運動;含羞草的葉子,經不起輕擾,一碰就會低眉垂着頭害起羞來。這些植物界中的自然現象,都是因為生物電在起作用的緣故。植物中的生物電,究竟是怎樣產生的呢?有人曾做過如下的實驗:在空氣中,將一個電基放在一株植物的葉子上,另一電基放在植物的基部;結果發現兩個電極之間能產生30毫伏左右的電位差。當將同樣的一株植物放在密封的真空中時,由於植物在真空中被迫停止生命活動,所以植物基部和葉片之間的電壓也就消失了。
19世紀,內科學用電位器測得神經細胞膜突然受到刺激產生0.1伏特電。至此,人們再不懷疑人體生物電的存在,20世紀50年代後,人們才揭開了其中奧秘。原來,生物的每個細胞都有完整的細胞膜,細胞膜有兩層脂肪分子,細胞內帶電離子必須通過離子通道才能穿過細胞膜。在平時,細胞內鉀離子多,細胞外溶液中鈉離子多,細胞內外產生電勢差,這就是膜電位。一旦細胞膜通道打開,細胞外高濃度溶液流向細胞內,就產生動作電位。一個個肌肉細胞排列整齊,上面佈滿神經,這就像把一個個小電池串聯起來那樣,雖然每個電池只有0.1伏特,如果有億萬個這樣小電池的話,那麼它的電壓就不小了。電鰻就是整合了這些電壓。
瞭解生物電的來龍去脈後,人們就用它來為人類造福。首先,生物電在醫學上已廣為應用,拯救成千上萬的人的生命。大家知到,醫學常用測心電圖的辦法判別心臟病,用腦電圖來診斷腦疾病與研究大腦活動。
人體發電的未來
在證明了生物電的存在後,近半個世紀來,都有人嘗試將自己變成“閃電俠”。期望整合及控制人體細胞產生的微弱電流。理論上僅僅3立方厘米的肌肉組織可以產生最高1萬伏特的電壓!而他們期望通過冥想和瑜伽來聚集這種電流。然而人畢竟不是鰻魚。很多努力最終都以失敗告終。
然而最近,很小的新型小裝置很可以將您的身體變成電池,這意味着起搏器,藥物輸送泵和其他可植入醫療設備可以使用新型可再生能源運行。這種可穿戴設備稱為熱電發電機(TEG),可將人體的熱量直接轉化為電能。科羅拉多大學(CU)博爾德分校的科學家以小環的形式測試了他們的TEG,但根據目前設備需要的功率,這種微型發電裝置理論上只有一個手環的大小。
它是這樣工作的:首先,穿上可穿戴設備。(只需確保它與您的皮膚接觸即可。)設備內部的柔性可延展電路會將您體內的熱量轉化為電能。同時,嵌入在設備內部的特殊材料會自行修復並重新配置接觸熱量,以防止在您移動時無法發電的問題。(TEG)像您的皮膚一樣具有彈性和彈性。科學家在他們的研究中説,這意味着您可以在各種條件下舒適地佩戴它,該研究發表在《科學進展》上。除了通過人體熱量外還有輔助的太陽能模塊在某些時候加入供電。如果這個設備在實際使用中得到驗證,技術人員將改進而在未來能提供恆定的功率輸出,這種熱電發電機利用温度差(例如您身體的温度與周圍空氣的温度)將能量轉化為電能。為了建立平衡,這些可穿戴TEG設備可以為每平方釐米的皮膚空間產生大約一伏的能量,這比大多數現有電池的單位面積電壓要低。儘管如此,由於設備具有類似於樂高的模塊化功能,研究人員仍可以將小玩意從戒指擴展到類似Fitbit的運動手鍊,甚至是完整的發電機單元中。新形式可以產生更多的功率,從而為具有更高電氣要求的設備充電。
取代“骯髒”的技術
電池生產其實是一種非常骯髒的技術,它使用稀土金屬和腐蝕性材料。而人體發電技術則更清潔,更環保,研究人員稱,在5至10年內,這項技術將得到應用與普及。屆時您將會在商店中看到這些可穿戴設備。“我們正在努力使我們的設備儘可能便宜和可靠,同時對環境的影響也儘可能接近於零。”
現實中的霹靂貝貝
《霹靂貝貝》是由中國兒童電影製片廠出品,宋崇導演、張之路編劇,張京,王瑩,鄢麗娜,章萍主演的中國第一部兒童科幻片,該片於1988年上映。影片講述了手上帶電的小男孩貝貝擺脱孤獨尋求友愛和理解的故事。
梵君小時候特別羨慕這個NB的小男孩,因為他用手指PiuPiu的就可以控制學校裏的電打鈴。 而現實中也有一些號稱“電人”的例子。
在意大利羅馬南方的一個村子裏,住着一位名叫斯畢諾的16歲青年人,他的叔父艾斯拉模·斯畢諾在1983年8月首先發現了他的奇異之處:每當斯畢諾來到他家時,他家裏的電氣產品就會發生故障,而且他身邊的牀還會無緣無故發生自燃,油漆罐也會着火等。
英國的賈姬·普利斯曼夫人是另一個會發電的人。賈姬的丈夫普利斯曼先生是位電氣技師。但他的夫人卻時時發“電”:一旦她靠近電器,電器製品就會損壞,電視會自己轉枱、燈泡會爆炸……已經毀壞了24台吸塵器、9台除草機、12台吹風機、19個電飯鍋、8台電爐、5隻手表、3台洗衣機。
科學家用盡各種辦法來研究以求解開這個不可思議的人體發電現象。他們從電鰻的健康與發出電能的相關關係得到啓發,紐約州立監獄的南薩姆醫師用囚犯做實驗,用“肉毒菌”讓被實驗者暫時得病,暫時發電的現象在病人身體上出現了。這時從病人的體內可以檢測出大量的靜電。不過,病人的身體一旦恢復健康,發電的現象便消失了。
當然以上故事都只是傳説,並未經過證實。或許只是他們身上體毛更多產生的靜電更多的緣故吧。
梵觀點:這是一項令人值得期待新技術,它不僅環保,而且解決了隨身攜帶充電寶的問題。