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備等設備供電的動力。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)療設備構建基于壓電的采集傳感器。他們將薄膜能量轉換材料與微創(chuàng)起搏器機械設計結合使用，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構，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)療電子設備的供電可能成為這些領域中真正的益處無法克服的領域之一。

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)百篇技術文章，觀點專欄和產(chǎn)品功能。

編輯：hfy