科技一直與人體密切相關(guān)。從削尖的燧石到智能手機(jī)，我們承載著數(shù)千年的發(fā)展文化。但這種人與科技的關(guān)系即將進(jìn)一步縮小——下一代的電子設(shè)備可能不僅僅是貼近我們的身體那么簡(jiǎn)單，它們可以通過(guò)人體來(lái)供電。

人活著其實(shí)很耗費(fèi)能量。為了讓我們保持活力，我們的身體每天需要消耗2000至2500卡路里的熱量，這已經(jīng)足以驅(qū)動(dòng)一個(gè)適度使用的智能手機(jī)了。因此，如果這部分能量的一小部分可以被虹吸，我們的身體在理論上可以為大部分的電子設(shè)備——從醫(yī)學(xué)植入物到電子隱形眼鏡——供電而不需要任何一個(gè)蓄電池。最近，研究人員已經(jīng)朝著這個(gè)方向——解開(kāi)這個(gè)電位奧秘，邁出了重要的一步。

尚未挖掘的潛力

首先要說(shuō)的是，在我們的身體中有著以各種形式存在的能量。其中的大多數(shù)能量只需要一些操作，就可以使用它們?yōu)殡娮釉O(shè)備供電。但并非所有的能量都可以。生物有機(jī)體是一個(gè)導(dǎo)電性的容積導(dǎo)體。當(dāng)一些細(xì)胞或組織上發(fā)生電變化時(shí)，將在這容積導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)。因此在電場(chǎng)的不同部位中可引導(dǎo)出電場(chǎng)的電位變化，而且其大小與波形各不相同。

例如，哺乳動(dòng)物的耳朵內(nèi)就含有一個(gè)被稱為“電位”(endocochlear potential，簡(jiǎn)稱EP)的微小的電壓。所謂電位(EP)在本文中所指的就是：動(dòng)物的細(xì)胞或組織，尤其是神經(jīng)與肌肉，受刺激時(shí)所發(fā)生的電變化。人們?cè)诤芫靡郧熬驮诙亙?nèi)發(fā)現(xiàn)——在內(nèi)耳有一個(gè)螺旋形腔，人體在這個(gè)局部通過(guò)將壓力波轉(zhuǎn)換成電脈沖來(lái)獲得聽(tīng)覺(jué)(在刺激較強(qiáng)接近引起興奮沖動(dòng)閾值的情況下，陰極的電位變化大于陽(yáng)極，出現(xiàn)應(yīng)激性反應(yīng))，產(chǎn)生局部電位(這種電位變化僅局限在刺激區(qū)域及其鄰近部位，也就是內(nèi)耳處，并不向外傳布，故稱局部反應(yīng)，所發(fā)生的電位稱為局部電位)。這個(gè)EP是很難察覺(jué)到的，僅有十分之一伏，但在理論上功率已經(jīng)足夠?yàn)橹?tīng)器等聽(tīng)覺(jué)輔助植入物供電了。

末來(lái)身體也可能是一個(gè)移動(dòng)電源
長(zhǎng)期以來(lái)，由于內(nèi)耳的極端敏感性，獲取這種人體內(nèi)部的EP一直被認(rèn)為是不可想象的。但是如果是把堅(jiān)實(shí)的手術(shù)實(shí)力和開(kāi)拓的技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合的話呢?在美國(guó)馬薩諸塞州的研究人員就在2012年成功地做到這一點(diǎn)了。

該小組開(kāi)發(fā)了一種“能量采集芯片”，這種芯片只有一個(gè)指甲的大小，其目的是直接從EP中提取電能。他們用豚鼠來(lái)測(cè)試芯片。研究人員把它植入到了豚鼠體內(nèi)，并最終成功產(chǎn)生了足夠的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)豚鼠內(nèi)耳中的無(wú)線電發(fā)射器。但是，由芯片產(chǎn)生的僅僅大約一納瓦的電量(十億分之一瓦)和電子植入物所需的電量相比還是太低了，無(wú)法為其供電。即使如此，產(chǎn)生了一納瓦的電量和之前相比也已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，這已經(jīng)足以證明這個(gè)理論是可以實(shí)現(xiàn)的。如果在未來(lái)，電源輸出原型可以被增強(qiáng)的話，內(nèi)耳的天然電位有朝一日肯定能夠被用于助聽(tīng)器之中。如果再大膽一點(diǎn)的話，理論上它甚至可以允許植入物來(lái)輔助預(yù)防和治療疾病，比如美尼爾氏病。

然而，除了耳蝸以外，在我們的身體中能夠自由流動(dòng)的電能是相對(duì)罕見(jiàn)的(幸運(yùn)的話也許還能夠發(fā)現(xiàn))。大多數(shù)生物能源被鎖定為其他的形式。當(dāng)然，循環(huán)利用也是一種釋放它的好方法。

我們每天都會(huì)走路。我們身體中的能量除了需要為我們身體中的細(xì)胞提供外，大部分的能量都用于供給肌肉的運(yùn)動(dòng)、心臟的跳動(dòng)以及人體的呼吸上(我相信你肯定會(huì)贊同這一觀點(diǎn)的，因?yàn)檫@些都是非常重要的事情)。自行車(chē)發(fā)電機(jī)或發(fā)條手電筒這兩個(gè)發(fā)明，都是在將這一動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。似乎目前也沒(méi)有什么類(lèi)似的新的想法了，但其實(shí)事情已經(jīng)在慢慢變得更加復(fù)雜了。

在過(guò)去的幾年中，研究人員已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)一些材料——其中的原理被稱為壓電性——能夠從人體運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生電力。壓電材料自發(fā)地產(chǎn)生電荷時(shí)，會(huì)接觸到應(yīng)力(希臘文壓電意味著擠壓或按)。這些材料已經(jīng)被用于無(wú)數(shù)的工業(yè)應(yīng)用之中，甚至是不起眼的點(diǎn)煙器(在“點(diǎn)擊” 時(shí)，你所聽(tīng)到的那種類(lèi)似電子的聲音其實(shí)就是壓電晶體被擊中的聲音)。而如今，他們的下一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域可能就是開(kāi)發(fā)出能夠產(chǎn)生能量的面料。

末來(lái)身體也可能是一個(gè)移動(dòng)電源
其中最先進(jìn)的當(dāng)屬在2013年由中美合作研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明的一種合成橡膠基壓電纖維，這一材料僅需使用人類(lèi)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能就能夠產(chǎn)生電能。當(dāng)志愿者穿上一塊這種面料制成的鞋墊走路時(shí)，所產(chǎn)生的電力足夠點(diǎn)亮30個(gè)LED。更令人興奮的是，當(dāng)把這一織物貼在襯衫上后走路，產(chǎn)生的電量甚至能夠?yàn)殇囯x子電池充電一個(gè)小時(shí)!