每天人們都在不斷地製造和向外釋放能量,而釋放的那些能量(汗水)大部分被白白浪費,如果有什麼辦法能讓人體產生的這些能量轉化成可用的能源作用於外界呢?那將會非常理想。

強大的人工智能生命會使用人類的生物電作為能源,滿足自身的電能需求。電影《黑客帝國》中密密麻麻的「人類飼養場」, 把人泡在罐子裡做電池。場景讓許多人記憶猶新,也許你會認為那很難想像會成真。但是,人類對於人體能量以及轉化的研究由來已久。沙漏就是典型的例子,當我們將沙漏倒過來時,就已經將人體的動能轉化為砂粒的勢能。

編輯、作者: Vivian Peng @ DamnDigital
Cover Image: Wang Qi@ DamnDigital
(原創內容,轉載請註明來自DamnDigital )

 

傳說發明家愛迪生(Thomas Edison)曾經將自己的房門和一個水池以及屋頂的水箱連接起來,任何推門進來的人,都會向水箱裡壓入幾加侖的水。這個傳說不一定是真的,不過最少說明了人們早已將人體動能和物體勢能之間的轉換玩得滾瓜爛熟。而在我們現在這個能源相對匱乏的時代,研究者們開始嘗試更多的人體能源轉換方式。

 

人體——巨大的能量場

體溫、生物電,還有包括心跳在內的種種運動,都需要能量。人體的新陳代謝,幫助我們了解能量在物理和生物系統上的流動,它提供了我們對於使用能量的感覺。人體通過食物攝取營養,通過酶催化作用生成碳水化合物、脂肪等人體活動所需要的能量,而在碳水化合物或脂肪裡剩下的化學能會被轉換成熱能向外界排出,其中只有一小部份的化學能是用來做功的。

跑一段100米的距離的動能為4kJ 將一150公斤的重量抬起2米的重力勢能為3kJ 一正常成年人一天食物攝取6到8MJ 這顯示生命體明顯低效。

正常人每天消耗的熱量大約在2000千卡( Kilocalorie)到3500千卡之間。按照現在都市人的生活狀態,大部分男性的消耗熱量約在2500千卡左右,女性則相對要少一些。

2500千卡的熱量意味著可以將25升水從冰點加熱至沸騰—相當於燒開50瓶飲用礦泉水。可惜的是,這些能量,大約有1/3都被浪費了。我們的皮膚無時無刻不在向外散熱,將熱能散失在空氣中。

infographic:These Exercise Machines Turn Your Sweat into Electricity
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如果我們可以將這些能量收集起來加以利用,雖然不能立竿見影地改變現有的能源產業格局,但是對我們的生活也許不無小補。

 

人體能量的轉化技術

「Green」 健身房的故事

收集能源最有優勢的場所莫過於健身房了—人們抱著消耗熱量的目的在健身房揮汗如雨,把大量能量拋擲在健身器械和地心引力的拉扯當中。現在已經有研究人員和健身房合作,在一些比較容易進行能量轉換的器械上安裝能量收集裝置,將人體的動能轉換為電能儲存起來。

還記得電影《黑鏡》中第二集的故事嗎,在那裡所有學院每天只做一件事情,就是不斷地使用健身自行車運動,我們儘管不知道所產生的能量除了給予健身者虛擬貨幣學分之外究竟用於什麼,但是它也正告訴我們,運動中所產生的能量能夠用於其他事物上。

美國紐約一家健身房,健身愛好者們不但能夠練習肌肉力量,還能夠「人體發電」,滿足健身房日常照明所需。這是一種新的有價值的發明。

紐約運動俱樂部裡掛著一張海報,上面寫著:「讓你的健身成果轉化為電能!不久,你就可以在減小腰圍的同時減少碳足跡。」俱樂部號召顧客「使用踏板的力量幫助創造一個更健康的地球」。

在海報下面的健身車上,20餘名健身者正在揮汗如雨地鍛煉,他們的努力都將轉化為電。

「這是個好主意,很有意思,」法新社5日援引俱樂部負責人里克·梅多斯的話報導,「健身者可以自己觀察,顯示器會告訴你創造了多少電力,這是一個雙贏的局面。」

法新社說,用健身設備發電的原理很簡單:健身者踩踏踏板產生能量,令交流發電機發出12伏電,接著再經由另一個發電機生成110伏電流。這樣,健身房就可以利用這些電力自給自足。

健身房裡,教練使勁地鼓勵正在健身的人們堅持下去。健身器械上的綠色小燈正在提示人們發電量。

「我剛才發了69瓦電,但是我得停下來,換背景音樂,」他說,「有的人能一口氣發電105瓦。這種競爭氣氛能激勵人們,讓他們做得更好,而且他們喜歡這種自己創造能量的感覺。」

健身發電系統由「綠色革命( Green Revolution )」公司出品。

「我們在2007年發明這個系統,」公司首席執行官傑伊·惠蘭介紹,這一系統於2009年在加利福尼亞州投入市場。他說:「兩個星期前我們在華盛頓推廣,現在來到紐約。」

根據Green公司提供的信息,20個人同時使用健身器械鍛煉1小時可以產生3千瓦電能。如果這些健身設備每天運轉4小時,每個月就能產生300多千瓦能量,可以供一個普通家庭照明半年。

在一年時間裡,健身者所發電量可供72個家庭使用1個月。惠蘭說,小規模的健身房甚至可以完全依靠這個設備發電。當前,這一發電系統只適用於健身車。「綠色革命」公司下一步計劃改進發電機,使它適用於包括橢圓運動機和踏步機在內的健身器材

如今這種方式在受到越來越多人的歡迎, 「Green」健身房的分店也即將在美國俄勒岡開張。然而,如果僅將健身房作為人體能源的收集場所,未免有點太少了。是不是能夠將這些技術擴大適用範圍呢?

 

戶外健身設備的誕生——The Great Outdoor Gym

我們現在常常可以在住宅小區中看到各種戶外健身設備,英國有一家名叫做The Great Outdoor Gym Company的公司在2007年把最早在中國使用的這種戶外健身器械的點子引入了英國。而最近(2012年4月左右),這家公司又把另一種更為有價值的戶外健身器械帶到了英國城市的綠地公園等戶外場所.

當你在這些健身器材上鍛煉臂力,騎自行車,跑步的同時,也正在不斷地貢獻出能量,用於增加城市的電能,甚至可以用這些能量為iPhone充電。

來自The Great Outdoor Gym Company的創始人說道:「這不僅能夠有效地將人們在運動過程中產生的能量轉化成電能,更讓人們體驗到了一種全新的運動模式,人們一邊健身,一邊會覺得自己正在為城市的電力能源做出貢獻。」.


TGOG公司負責人的採訪,對於該產品的介紹

把以往非常單一個人化的跑步健身變成一種具有公共意義的事情,一邊健身,一邊還能切實地感受到自己的淋漓汗水正在轉化成電力。這種感覺一定非常激勵人吧!

 

跳個舞,能點亮霓虹燈

不僅是健身房開始回收能量,其他那些適合揮灑體力的地方也開始嘗試這種新方式

荷蘭鹿特丹的一家舞廳「WATT」就採用了他們自己的專利技術,讓顧客們跳得更高興的同時,有效回收他們所釋放的能量。他們聲稱這樣可以為舞廳減少30%的能量消耗。

簡而言之,他們是在自己的舞廳中用有彈性的地板來收集人們的機械能——主要是勢能,然後用地板將其轉化為動能,最後再轉成電能。這就像是我們在玩蹺蹺板一樣,唯一不同的是,蹺蹺板的另一端不是一個人,而是一個可以將地心引力轉化為電能的發電機。

 

Crowd Farm

對於大規模使用人體能源,研究者們還提出了另外的設想,其中一些也已經有了小規模的實驗。2007年,麻省理工學院的兩位博士生詹姆斯•格雷厄姆( James Graham)和薩迪厄斯•加斯克澤克( Thaddeus Jusczyk)設計了一個叫做「人群農場」(Crowd Farm)的系統。

他們計劃在人流量大的公共場合使用這套系統,將人們踩在地板上的力傳遞到地板下安裝的墊塊上,藉由觸發一個裝置,將勢能轉化為電能。這種設備在家裡使用當然是得不償失的,但是在擁有足夠流量的公共場所,就可以成為一種新的能源提供方式。對於人的動能和勢能,大型的收集系統大都沿著同樣的思路來進行設計。倫敦建築設計所也在做類似「人群農場」的嘗試,還有人將旋轉門當作手錶的發條來處理。

在這種系統中,人們推動旋轉門的時候,就可以將動能轉化為地下裝置的彈性勢能,然後用這些儲存了能量的彈簧或者發條來驅動發電機。而熱能則有所不同。人體是一個熱能輻射源,將這些熱能收集起來,也同樣大有可為。

Crowd Farm的設計人,來自MIT的兩位博士生James Graham)和Thaddeus Jusczyk

 

自給自足的人體發電

神秘博士第三季中有一個集故事有這樣一個場景:汽車內完全是自給自足地提供食物供給和排泄物回收轉化,這種方式也許過於極端,很難讓人接受,但是這一理念卻獲得了學術界的熱烈追捧。

移動電話的發明人馬丁·庫珀,曾經多次談到過他夢想的未來手機。他設想在未來的15年到20年內,能夠植入體內的手機將會問世,而驅動手機的將是人體自身的能量。

我們都知道,人體內部是會發電的,機械手錶只要在人體上戴著,靠著體溫可以使機械錶芯永遠走動。心電圖、腦電圖都是根據人體的生物電來進行診斷的設備,而這些生物電的來源是細胞膜內外的電勢差。細胞膜內外所攜帶的不同電荷和鉀、鈉離子的不均勻分佈是產生生物電的基礎。不幸的是,這樣產生的電壓實在是太小了。人們開始嘗試其他的方法。

也許英國的科學家略微超前了一些。英國南開普敦大學的研究者斯蒂夫·碧比和他的團隊正在試驗將振動的能量轉化為電能的方法。這種本來是為工業用途而設計的能源轉換裝置理論上也可以應用於人體,而心臟就是最好的能源提供者。斯蒂夫希望這種技術可以改良一些需要植入體內的醫療設備,例如心臟起搏器。他也提到了這種技術在其他領域內得到應用的可能:「這將會對那些小型設備的設計思路產生巨大的影響。」

 

鞋子可以變成充電器

新加坡國立大學和新加坡國防科技局合作進行了一項研究,打算設計出可以穿戴的發電裝置。兩年後,他們公佈了研究成果——一雙能夠發電的鞋。這雙鞋里安裝了壓電材料,每走一步,都能發電。

這種思路和一次性打火機差不多,就像我們按下開關的時候,打火機中的壓電材料變形,產生電流打出藍色的電火花一樣。當然,打火機裡面的壓電材料,無論是面積還是發電能力,都不能和發電鞋相提並論就是了。等這種技術成熟以後,也許鞋子就可以變成充電器。

 

利用新材料轉化能量

通過新材料來進行有效的熱量收集,來給建築物供暖或者使用溫差發電機發電,是利用人體能源的一條新路。據說有些企業和建築已經開始嘗試採用這種方式來減少傳統能源的消耗,畢竟現在的大型建築物中,能夠容納的人數往往已經超過數万。我們可以相信,隨著技術發展和人們對於環保的重視程度加強,收集人體能源將不會再成為新聞。

 

衣服可以發電

11年3月, 美國喬治亞理工學院的王中林教授和他的研究團隊發明了一種可以發電的衣料。這種衣料基於納米技術,只要有任何變形,都可以發電——這就是知名的納米發電機。他們用這種衣料給倉鼠做了一件小馬甲,當倉鼠跑起來的時候,就可以檢測到電流。這種衣料採用直徑數百納米的壓電纖維,將其織入衣料當中,只要運動,就會產生電流。只要能動,就能發電,這種衣料給人們帶來無盡的想像空間。

把人的運動轉成電能的設備還有不少,我們已經能買到其中的一些。一種叫做「水虎魚」的電動刮鬍刀,背面有一個搖柄,猛搖一分鐘,可以刮70秒鬍子;還有一種閱讀搖椅,坐在上面搖啊搖的時候,椅背上伸出來的小閱讀燈就會亮。至於安裝在自行車輪軸上,給頭燈尾燈供電的小型發電機,更是早就非常成熟的產品了

 

更大的目標——自給自足供給能源的未來城市?

一個實踐的範本:新西蘭:魔圖卡外提島(Motukawaiti)

魔圖卡外提島佔地95英畝,是全世界知名的奢侈度假場所之一。島上沒有蟲子,所以在這里居住非常舒服,海灣里還有野生海豚經常跳躍。如果你喜歡這些閒散的私人小島生活的話,這個小島是出賣的。這裡有奢華的住所,現代化的設施,包括SPA,游泳等,在半山腰還有一個酒窖。而且這個小島是完全自給自足的,可以自己發電。

 

生態的未來能源城市

在上海世博會上,我們已經看到了世界各國為縮小城市「生態足跡」所做的最新探索。

利用太陽能光伏板和熱力電力轉化器收集足夠的電能供給建築的日常使用,收集的熱能將轉化為建築製冷的動力;雨水收集系統供應館內非飲用水;太陽能熱水板用於家庭用熱水收集;食物和有機肥料發酵產生沼氣能源;風帽提供被動式風助力通風和熱回收;屋頂的綠化又通過光合作用將通過風帽散發的室內二氧化碳轉化為氧氣……通過複雜而又精細的循環系統,倫敦案例館彷彿是一株有生命的綠色植物,吸收陽光雨露,生成氧氣。

倫敦案例館中的餐廳也盡顯循環再生的理念。每天多餘的有機餅乾經特殊處理,可變成餐具,以減少洗滌帶來的污染和浪費;廚房產生的生物垃圾將被收集到生物能爐內用於發電、發熱;就連客人喝剩下的啤酒瓶、可樂罐也被收集起來,做成店內電燈、燭台等裝飾。

在全球各種各樣新能源技術層出不窮的今天,人體能源並不算是最有挖掘空間的黃金市場。但是這類技術讓人們得以通過各種方式收集和轉化人類在進化的千百萬年中都曾經浪費掉的能量。隨著不可再生能源的逐漸減少,人類除了求助於那些風能、太陽能等等的可再生能源之外,也許「身體力行」,從自身做起,哪怕僅僅是用自己的日常生活貢獻出一丁點微不足道的電能,也未嘗不是一個非常不錯的新選擇。

 

 

參考資料:

Green Revolution | The Greater Outdoor Gym Company | Watt : The power of dance

Partying Helps Power a Dutch Nightclub | Time Business: In the Gym: Clean Energy from Muscle Power

外灘畫報: 用心跳來發電 | These Exercise Machines Turn Your Sweat Into Electricity | Wikidpedia:能量

 

文章出處:互動中國

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