人體在運(yùn)動的過程中，會消耗生物能產(chǎn)生熱量和機(jī)械能，同時(shí)會分泌各種代謝物，包括氨基酸、激素、電解質(zhì)等。那么，能不能將人體產(chǎn)生的熱能或者機(jī)械能利用起來，來對各種分泌物進(jìn)行檢測，進(jìn)而對身體狀況進(jìn)行監(jiān)控呢？這個(gè)想法好像已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)了。
國際能源頂級期刊---《Nano Energy》（本文譯作《納米能源》）在近日刊載了一篇文章，講述的就是如何利用人體運(yùn)動的機(jī)械能，為傳感器供電來檢測汗液中的各種代謝物，進(jìn)而對一些疾病，比如皮膚病、糖尿病和囊性纖維化等的診斷提供依據(jù)。
將傳感器集成在柔性可穿戴設(shè)備中，制成一個(gè)柔性壓電薄膜，然后再將薄膜貼敷在各種關(guān)節(jié)處。柔性壓電薄膜可以進(jìn)行彎曲和恢復(fù)。當(dāng)薄膜處于平整狀態(tài)時(shí)，其中的電偶極子垂直排列在正負(fù)電極之間。當(dāng)薄膜處于彎曲狀態(tài)時(shí)，其中的正負(fù)電荷中心發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生電場和電荷。在運(yùn)動過程中，隨著關(guān)節(jié)不停的做曲直運(yùn)動，壓電薄膜也會持續(xù)的產(chǎn)生電場和電荷，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。這就是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化呈電能的過程。
在柔性可穿戴設(shè)備中，還集成了一個(gè)電容器，用于將轉(zhuǎn)化的電能儲存起來，然后為設(shè)備供電。設(shè)備通電之后就可以對分泌物進(jìn)行檢測，并將結(jié)果傳輸給手機(jī)。柔性設(shè)備中的汗液傳感器貼片可以對皮膚表面的汗液進(jìn)行檢測，確定汗液中各種離子的含量和PH值。柔性設(shè)備可貼附的關(guān)節(jié)部位包括膝關(guān)節(jié)、手指關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)。
在實(shí)際測試過程中，將柔性壓電薄膜分別貼敷在膝關(guān)節(jié)、手指關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)測得的電流值是41.3μA、45.6μA和45μA，足夠驅(qū)動設(shè)備工作了。對自愿者佩戴進(jìn)行運(yùn)動后，測試的電解質(zhì)濃度分別是鉀離子8.55mM、鈉離子52.36mM，PH值為6.13，所有數(shù)值都在人體正常范圍內(nèi)，證明該設(shè)備具有實(shí)際使用價(jià)值。
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