高科技
三种收集环境能源的技术
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# 伊利诺伊大学工程学院，脉冲动力：通过连在心脏表面的压电收集装置，能够收集到足够的能量供应心脏起搏器。(以及以后可能安装在体内的传感器)
我们正在进入一个新时代，通过收集环境中的微量的能量，来给一些小型设备提供电力，并完成一些非凡的工作。特别是物联网中的需求和低成本组件推动了能量收集系统的发展，用于大规模实用性应用。
在去年11月在加州圣克拉拉，由IDTechEx公司赞助的一个会议中，有7个相关项目都清楚的阐述了这一信息。除了能量收集和存储，讨论的主题还包括印刷类电子产品、可穿戴设备、3-D打印、超级电容、物联网以及石墨烯。这些看似不同的领域却实际紧密相连着，例如：IDTexhEx的总裁Raghu Das支出，可穿戴设备在有能量收集装置的支持后将更强大。整个会议、整个展厅中，不同技术之间的联系时显而易见的：超级电容在高效的存储和释放能量方面有巨大潜力、3—D打印能够快速的创造原型和满足短期生产的定制项目。
据IDTechEx的高级分析师分析，能量收集行业的工业总产值健在2024年增长到26亿美元左右。而能量收集的主要设计原理主要来自以下三个方面：机械能、热能和辐射。
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# Southeastern Railways。动能采集设备：通过装配到火车上，该设备利用底盘运动切割磁感线产生电力，提供给传感器。
机械能收集是方法之一，上图是英国Perpetuum公司生产的一个模块。其中的线圈是固定的，通过定子震动，为车轮轴承部位的温度传感器供电。英国的东南铁路已经在全部148列Electrostar火车上安装了该设备，在完成调试和检错之后，将进行大规模普及。
还有其他的方式能够获得运动中产生的能量。有很多具有压电特性的材料：在力的作用下，材料会产生电流(恢复时也会产生)。新的材料不断被发现。伊利罗伊大学的研究生就研发了一种能够植入活体组织，具备生物相容性的压电薄膜。通过在心脏表面植入一个多层器件，产生的电量能够驱动心脏起搏器。而传统的电池心脏起搏器需要每5-10年，通过手术进行电池更换，这样手术带来的风险也能被消除。同样，压电材料也能够用于大规模应用。2012年的伦敦夏季奥运会中，安装于地铁内部的人行道照明装置，就是通过乘客行走在特制地砖上产生的电力供应的。IDTechEx估计，2014年全球压电市场规模约为3500万美元，比2013年增长了一倍。
IDTechEx公司的分析师同时也很看好余热热电系统市场在未来相关发展。热电系统已经发展了几十年，新的固态热电装置能够在更小的温差下工作，这使得他们能够在更广泛的区域被使用。分析师预测，热点市场规模将在2014年到2016年增长一倍，达到近9千5百万美元。
汽车应用是目标之一，但工业应用更容易推动这一领域的经济增长。通过余热发电，为无线传感器供电，能够降低通信装置中电源的成本和维护费用。
最神奇的方法应该是通过收集环境中的电池辐射进行发电。这并不是一个新方法：晶体收音机曾经风靡一时，RFID标签和光伏电池现在也很受欢迎(无源RFID靠电磁场驱动)。这一概念能够进一步开发利用。因此，能收集无处不在的不同频段的无线电发电。西班牙纺织研究协会Aitex与其他研究人员合作，制造了通过微小天线织成的纺织物。采用这种纺织物制作的衣服或其他物品能够收集无线电为一些生物传感器和可穿戴设备供电。
IDTechEx会议只是总结了一部分各种好点子的具体可行案例。近年来，很多技术事件由于缺乏动力和热情，消失了一段时间。由于受到多个市场的激励，现在发展十分迅速，令人惊叹的产品赶上之前的个人电脑产品的市场指日可待。能量收集产品将改变我们的日常用品、我们的数据、甚至我们的身体。
本文译自 IEEE Spectrum，由 邻家乖蜀黍 编辑发布。