能量收集是一種非常有吸引力的電源選擇，因為起初它似乎提供了永無止境的“一無所有”的承諾。在某些情況下，它可以兌現(xiàn)承諾，例如，已成功用于振動供電的橋梁監(jiān)控器中。在其他情況下，成本/收益比并不吸引人（盡管“嗡嗡聲”因子很高），因為成本不為零且收益微不足道：想想帶有嵌入式組件的鞋子，它們將“步進能量”轉(zhuǎn)化為電能，或者即使是帶有再生制動器的自行車，也增加了重量，體積和成本，但回收的能量卻很少。

但是，在某個地方，收獲可能真正成為一個成功（或可贏得）的主張：為植入的醫(yī)療設(shè)備供電，并且一些高級研究人員正在體內(nèi)尋找對心臟起搏器和其他設(shè)備等設(shè)備供電的動力。目前，大多數(shù)起搏器都使用具有5至10年壽命的原代（不可充電）細胞，之后需要進行手術(shù)以進行更換。（請注意，使用可充電二次電池和無接觸無線充電的聲音聽起來像是可行的，因此是一種較好的選擇，但是仍然存在主要的醫(yī)學和技術(shù)問題，這些問題仍然阻礙了廣泛采用。）

達特茅斯學院Thayer工程學院的研究團隊與UT Health San Antonio（德克薩斯大學的一部分）合作，開發(fā)了一種新的方式來為這些醫(yī)療設(shè)備構(gòu)建基于壓電的采集傳感器。他們將薄膜能量轉(zhuǎn)換材料與微創(chuàng)起搏器機械設(shè)計結(jié)合使用，如論文“用于緊湊型能量收集的起搏器引線上的柔性多孔壓電懸臂梁”所述。他們利用了連接到跳動的心臟上的導線的動能，然后將其轉(zhuǎn)換為電能，從而為電池連續(xù)充電（圖1）。

圖1（a）是多孔壓電能量收集器的示意圖。（b）柔性多孔PVDF-TrFE薄膜；（c）薄膜橫截面的掃描電子顯微鏡圖像。（來源：達特茅斯學院塞耶工程學院）

發(fā)電材料是稱為聚偏二氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）的聚合物壓電膜。該團隊創(chuàng)建了一個基本的雙懸臂結(jié)構(gòu)，將其包裹在起搏器的導線周圍，并使用機械振蕩器進行了初始測試，以模擬心肌的運動以及起搏器導線的相應變形。最大輸出為1 Hz時43 nA時為0.5 V，略高于20 nW。通過在雙懸臂式尖端的頂端增加一個31.6 mg的小的“標準質(zhì)量”，他們能夠?qū)⒐β瘦敵鎏岣?0％以上。增加的質(zhì)量使彎曲曲率更大，從而導致收割機的電輸出更高。此外，可以并聯(lián)多個采集器以獲得更大的輸出電流。

收獲可能不是某些人說的那樣低成本或無成本的能源，但是在某些情況下，由于應用程序的優(yōu)先級和限制，它可能是正確的解決方案。植入式醫(yī)療電子設(shè)備的供電可能成為這些領(lǐng)域中真正的益處無法克服的領(lǐng)域之一。

您是否曾經(jīng)在商業(yè)產(chǎn)品中使用過能量收集？殘酷的經(jīng)驗現(xiàn)實給我們留下了最深刻的印象-好的和壞的？

Bill Schweber是一位EE，他撰寫了三本教科書，數(shù)百篇技術(shù)文章，觀點專欄和產(chǎn)品功能。

編輯：hfy