想象一下，你的身体就像一个人类电池。当你走路或跑步——或者做一些更慢的动作，比如打字——你就会产生能量，为你的智能手机、智能手表、医疗传感器或其他低功耗设备供电。你移动得越快，产生的电量就越多。听起来很遥远？它可能比你想象的要近。这种创新——科学家预测它可能在三年内成为现实——源于一种被称为摩擦纳米发电机（TENG）的设备，它能够捕获人体运动产生的动能，以及风、波浪和机器振动等非人体能源。TENG依靠两个或多个材料之间的接触来产生电能。
“我们都曾体验过，用头发摩擦过的气球可以‘粘’在墙上或吸引小纸片，”萨里大学博士生、该项目首席科学家Ishara Dharmasena说道。“在干燥的日子里，我们的衣服会粘在皮肤上。我们也经历过闪电。所有这些都是由于摩擦起电效应，或静电荷。TENG利用摩擦起电效应将运动……转化为电能。”
他解释说，在实际应用中，TENG连接到运动源，例如振动的机器、衣服，TENG层之间的接触/摩擦作用会导致摩擦电表面充电。当带电的摩擦电表面相互移动——接触和分离或滑动——就会产生电流。
“功率输出显然取决于活动水平，”Dharmasena说。“你的动作越快，产生的能量就越高。这项技术可以用于低频运动，也就是说，像走路、打字、手臂运动……[这些]与普通人典型的日常活动相关的较慢的运动。”
气候变化的影响激发了大量的研究，旨在寻找创造能源的创新、清洁和可再生的方法，作为加剧全球变暖的温室气体排放化石燃料的替代品。萨里大学的研究人员是致力于将人体作为能源来源的众多科学家之一。例如，与萨里大学的研究类似的研究，纽约州立大学布法罗分校和中国科学院半导体研究所（IoP）也在进行中，而其他科学家则在试验特殊的户外人行道和室内地板，当人们在上面行走或跑步时，它们可以收集能量并将其转化为电能。
“世界迫切需要新的负担得起的可持续能源，”该大学先进技术研究所（ATI）所长Ravi Silva说。“TENG可能在实现这一梦想方面发挥重要作用。TENG不仅为消费电子行业提供了绝佳的机会，而且它们是一类令人难以置信的激动人心的材料，可以用于所有没有国家电网覆盖的国家和偏远地区，特别是用于收音机。”
Dharmasena表示同意。“全球能源结构的未来将取决于可再生能源，而TENG使我们能够从周围环境中捕获能量，”他说。“这项工作重新定义了我们对能量收集的理解方式，并使世界各地的研究人员能够利用摩擦纳米发电机的真正潜力。我们现在预计这项技术将应用于家用和工业电子产品，满足新一代移动和自主能源需求。”
萨里大学的科学家们，都来自ATI，最近发布了一份关于如何构建最高效的TENG的逐步指南，旨在改进其设计和功率输出，并鼓励其他科学家制造它们。他们的研究发表在《高级能源材料》杂志上。
“TENG的构建非常简单，只需将两张塑料片放在一起，并在它们的背面涂上金属，”Dharmasena说。“这些片材的接触和分离或滑动会导致塑料产生摩擦电荷，它们的运动产生电能。通过将两根电线连接到金属层上，可以获得电流。可以使用各种塑料、金属、织物等设计和开发不同的TENG类型。它们可以用棉或丝等织物制成，这些都是良好的摩擦电材料。它们还可以制成不同的颜色，或透明、不同厚度和形状。因此，它们可以集成到服装中，提供出色的可穿戴性和舒适性。”
他说，TENG的尺寸可以小到可以放入手镯或鞋垫中，而大型TENG可以设计成适合人行道或智能地板。“我们可以用TENG覆盖机器或车辆的一部分，”他说。“一些研究小组已经展示了TENG发展成模仿皮肤——人造皮肤或第二层皮肤——或可以植入人类[或]动物体内的TENG的能力。”
他表示，这项发明可以有两种用途：一种是融入用作电源的织物制成的服装中，另一种是作为模块安装在电子设备附近。“在这两种情况下，TENG都可以从行走、跑步、手臂和腿部运动中提取运动能量，并有助于为电子设备供电，”他说。
目前，能量收集需要多种技术的组合。“目前，TENG可以产生间歇性输出，也就是说，功率/电流不是连续的，并且随运动而变化，”他说。“因此，它们需要与电容器等结合，以确保有效的电源供应。”
尽管如此，他补充道：“TENG非常适合为远程传感器供电，例如放置在房屋外部的电子传感器，它可以依靠捕获风来运行，以及需要高移动性的设备，例如连接在人身上的医疗或娱乐设备。例如，TENG可以利用你白天的身体运动来为你的手机电池充电，完全或部分充电，或者为可穿戴传感器提供电力，以提供健康信息。”
他说，一些估计显示TENG的成本低于每千瓦时3美分，“尽管这些设备的实际成本仍有待评估，特别是在大规模生产方面，”他说。“然而，TENG可以用常见的低成本材料，通过简单的方法制成，因此制造成本可能很低。因此，在不久的将来，扩大TENG的规模绝对是一个可能。”
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
