未來的可穿戴電子服裝可能會通過我們自身的體溫來充電

未來的可穿戴電子服裝可能會通過我們自身的體溫來充電

由於近十年來計算機技術的迅猛發展以及電子元件的小型化，人們可以通過佩戴微型計算機來跟蹤其運動並實時監控其健康狀況。現在，研究人員正在研究如何最好地為這些設備供電，方法是轉向用戶自己的體熱，並與服裝，波爾卡圓點和紡織行業的專門知識一起工作。

到2025年，可穿戴電子產品市場預計將增長到530億歐元，但它由一種產品-智能手錶主導。德國Fraunhofer FEP的Matthias Fahland博士說，除此之外，還有許多產品處於"起始位置"。該領域的主要障礙之一是存儲。"能源來自何處，電池在哪裡，它將持續多久（存儲）的問題是所有問題的關鍵問題。"

一個名為ThermoTex的項目 正在探索利用人體熱量為微型設備供電。瑞典查爾默斯理工大學的克裡斯蒂安·穆勒教授說，熱電效應已經有近200年的歷史了。當存在諸如人的皮膚與外部溫度之間的溫差之類的溫度差時，該效果允許將熱能轉換為電能。電子從材料的較熱部分移動到較冷的部分，電荷的這種移動會產生電勢。

他說，"熱梯度（差異）是一個重要的動力源，因為它們一直存在。"

由用戶自身的體溫提供動力的可穿戴電子設備可以幫助解決如何存儲能量的問題。

聚合物

ThermoTex有兩個軌跡：基礎科學和應用科學。在其基本軌道上，該團隊試圖設計出比目前可用的熱電性能更好的聚合物。調節聚合物的熱電效應的一種方法是摻雜，這是分子的長重複鏈。此過程會產生發電所需的電荷。

2020年，ThermoTex團隊在《自然材料》上發表了一篇論文，表明通過將具有低電離能的聚合物（釋放電子所需的能量）和具有高電子親和力的摻雜劑（添加到聚合物中的分子）結合在一起，可能使摻雜效率提高一倍。

"我認為與紡織業互動以使用他們的方法非常重要。"---瑞典查默斯科技大學的ChristianMüller教授。

但是，在摻雜劑方面存在安全隱患，尤其是在可穿戴電子設備中使用摻雜劑時。穆勒教授說，它們可能有毒。他補充說，如果它們與您的皮膚接觸，可能會毒害您。

該小組研究了大約50種不同的摻雜物，他們將進一步在一個大的歐盟資助的項目名為調查HORATES在2021年開始發展有機或碳基，熱電發生器。

ThermoTex購買了商業導電聚合物配方，他們將其用於包覆絲綢。儘管這些塗層的效率不及穆勒教授實驗室製造的某些塗層，但它們使項目團隊開始製造導電織物和設備。例如，塗層的絲綢可以為人體監測傳感器提供能量。

Müller教授說，他們將染色的絲線以長線縫合穿過織物，然後將它們繡成小的波爾卡圓點，這一點很重要。空氣。學生還可以在織機中將這些絲線編織在一起。他說，我認為與紡織業進行互動以使用他們的方法非常重要。"這是一個成熟的行業，利潤率很低，因此您無法想像出任何人都無法想像的奇特方法。"

這種絲綢繡花的熱電發電機可通過人體熱量為可穿戴設備供電。

平臺

同時，Fraunhofer FEP的Fahland博士也試圖提供可用於服裝的紡織行業解決方案。他是Smart2Go（11個成員的項目）的項目負責人，該項目旨在為可穿戴電子設備創建一個掌上型的自主能源供應平臺。

該平臺集成了能量收集功能，例如從熱電效應中獲取的能量，存儲以及該能量的應用。法赫蘭德博士說："該平臺是一塊箔紙，具有很多功能。"他補充說，您可以將其握在手中。"這是一個接口，將能量收集器連接到應用程式。您可以指定如何將能量放入平臺中以及如何將其引入應用程式。"

在應用方面，Smart2Go正在與行業合作夥伴就兩個不同的項目進行合作。Smart2Go正在與一家紡織和服裝製造商合作，將其平臺與能量收集材料集成在一起，以提供更安全的工作服。這可能包括諸如黑暗時點亮的功能。它還與一家運動休閒服裝公司合作，製作可以收集有關性能信息的服裝。

Fahland博士說，這些解決方案對材料的重量和柔韌性施加了許多限制。而且，必須以用戶可以"插入"不同能量收集技術的方式來構建它。

Smart2Go的項目依賴於太陽能和人體熱量，但其他項目可能包括運動產生的能量或動能。芬蘭坦佩雷大學的項目同事正在研究該平臺的超級電容器，這些電容器將增加可用於不同應用的電流，從而擴大了平臺的可能用途。

行動電話

對於較小的應用（例如用於監視人的健康的傳感器，識別標籤或安全服），可以從周圍環境中汲取少量能量的微型設備作為解決方案。

迄今為止，可穿戴電子產品最大的障礙可能不是技術上的障礙，儘管這一直是阻礙其發展和普及的主要障礙。為了使可穿戴電子產品進一步發展，需要消除可穿戴設備收集和存儲人們的私人信息的能力以及由此帶來的安全隱患。法赫蘭德博士說："有很多法律和數據安全問題需要認真對待。"

同時，他和該領域的其他人正在清除他們可能遇到的障礙，並創造出一種技術，該技術將為我們的衣物從我們的身體和環境中產生能量的未來鋪平道路。