近日，美國威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員設計出一款能將人體運動轉化為電能的裝置，將其嵌入鞋底，靠日常走路就能產生20瓦左右的電力，足夠為手機等移動電子設備供電。有了這種發電機，充電器就可以被丟在一邊了，因為我們再也不用擔心手機會沒電。此外，科研人員還表示，除了走路，人類日常的呼吸、心跳、體溫甚至血液都可以發電，總之，人體就是一臺多功能發電機。這是真的嗎？這些我們賴以生存的方式到底是如何產生電力的呢？

　　人體是能源寶庫 流失的能量可建十座核電站

　　機械能、熱能、化學能

　　都能發電

　　人類在日常生活中會產生很多能量，用于肢體運動、維持體溫、體內循環等，這些多種多樣的能量基本沒被使用過，就直接流失了。

　　比如，研究發現，一個人走一步就能產生6—8瓦的電能，可以想象如果全人類走路的電力都被收集起來，總量將會多么驚人。這種能量屬于機械能。

　　再比如，據測算，一個體重50公斤的人一晝夜所消耗的熱量約2500千卡，若將這些熱量收集起來，可將50公斤的水從0℃加熱到50℃。這屬于熱能。

　　另外，還有人體內種類繁多的化學物質和微生物。它們的能量屬于化學能。

　　有科學研究認為，一個人一生中至少有1/3以上的能量被白白浪費掉，全世界有60多億人口，如果能將這部分能量開發利用起來用來發電，就相當于建造了10座百萬千瓦級的核電站。

　　不穩定、電量弱、收集難

　　還沒解決

　　“人體是座能源寶庫，如果用人體發電成為現實，將解決很多用電問題，特別是在醫學領域的意義重大。”東南大學生物電子學國家重點實驗室的付德剛教授告訴記者。

　　付德剛教授目前的研究方向正是微生物發電，即化學能。

　　他認為包括化學能在內，用人體能量發電普遍存在三個問題：第一，不穩定。能發多少電，發多長時間的電都是隨機的，很難支持連續用電。第二，電力弱，單個人體能產生的電力總量很小，使用范圍有限。第三，收集難，如何將人體產生的電力收集使用可不光是連根電線那么簡單。

　　“而且，用人體發電最大的難題在于如何不妨礙日常活動和身體健康。這一點不論對機械能、熱能還是化學能都是關鍵。”

　　機械能

　　走路發電可能在近期進入生活

　　用人體的機械能發電，目前來說是最為簡單可行的。其中，走路發電是最為普遍的研究。美國威斯康星大學麥迪遜分校正是做出了一種發電裝置設置于鞋底，才實現了走路發電。

　　根據美國《自然·通訊》雜志的描述，這種裝置由成千上萬個微小液滴和一種新型的納米襯底組成，安裝在鞋底，當人體運動等機械能擠壓鞋底的時候，液滴的形狀就會發生改變，然后在這種特制的納米襯底表面就能形成一定的電流。研究人員稱，該裝置可以將行走時的機械能轉化為20瓦左右的電力，足夠為移動電子設備供電。而且不同于傳統電池，這種裝置本身不需要充電，只要你處于運動當中，無論是散步還是慢跑，電流都會源源不斷地產生。

　　但是，為什么這個走路發電的裝置只要受到擠壓就會發電呢？它運用的科學原理是——壓電效應。

　　同在東南大學生物電子學國家重點實驗室的徐春祥教授，主要研究方向是光電器件，他就成功使用壓電效應產生過電。徐春祥教授介紹說，壓電效應首先需要找到壓電材料。壓電材料有很多種，包括壓電陶瓷、氧化鋅等。“壓電材料有一種特性，就是平常不帶電，一旦給它施加了機械外力，使其形狀發生變化，電荷就會往一端跑，導致材料的兩端出現正負極，就跟電池一樣。如果將材料連上電燈泡，就可以使電燈泡亮起來。”

　　具體操作過程是：把氧化鋅通過化學氣相沉積（CVD）的方法變成“微單晶”的形態，看起來就像一個個細長的柱體，不過這些六棱柱的直徑只有幾十納米~幾微米之間，肉眼無法看清。將很多這種圓柱體通過物理方法放在一起，當它們受到擠壓的時候就會產生電流。

　　徐春祥教授還向記者介紹了中國科學院外籍院士王中林教授對壓電效應的研究。王中林教授的研究小組制造了一種“納米發電機”，在實驗老鼠的心臟植入后，可產生3毫伏特潛電壓下30微微安培電流。雖然電量非常小，但如果能夠按比例輸出，將足夠為單個植入型納米傳感器提供電能，比如：血壓傳感器或者葡萄糖傳感器。“目前，他們的最新進展是，已可實現2-3伏的電壓輸出，此電壓足以驅動多種常規電子器件”。

　　熱能

　　皮膚和外界的溫差可以為手表供電

　　人體的能量每時每刻都在以熱量的形式流失，即使只是坐著閱讀一篇文章，流失的熱量也有100瓦，運動越激烈，流失的能量越多。

　　1998年，日本精工手表公司就曾研制出一款不需要電池的手表，依靠從手腕皮膚吸收幾微瓦熱量就能自行運轉，但其外形笨重、價格昂貴，再加上人體周身皮膚的溫度輸出功率很小，難以達到實際應用水平，因此精工公司至今也沒有將這款手表投入商業生產。

　　“這款手表的原理是熱電效應。”付德剛教授表示。所謂的熱電效應，就是指物體受熱后，物體中的電子，由高溫區往低溫區移動時，產生電流或電荷堆積的一種現象。“也就是說，用來發電的實際上是‘溫差’。”

　　以這款手表為例。手表中的發電裝置，一邊貼著人體，另一邊接觸外界。

　　人體的恒定溫度一般在37℃左右，外界的自然溫度與季節有關，但總是與人體溫度有所差異。經過科學研究，人體與外界的溫差，冬季在10～18℃之間，春秋兩季在10～15℃之間，夏季在12～15℃之間，基本上是一個常數。所以，利用人體與外界的溫差發電的確有可能。

　　“實際上，熱電效應已經廣泛應用于工業領域，”付德剛教授告訴記者，“冰箱制冷就是把熱電效應的原理翻過來使用，即通過強制改變電壓，調節冰箱內和外部自然環境的溫差。”

　　但是，想要把人體跟外界的溫差真正用于發電，還有很長的路要走。第一個問題是如何發電。實驗室里用溫差發電是一回事，真正用人的體溫發電又是另一回事，不穩定、電力弱仍然是大難題。第二個問題是如果真能發電了，也需要做到不妨礙人體的日常動作，輕巧方便。

　　化學能

　　給人體血液循環建“水電站”

　　想用化學能發電，則需要使用人體的葡萄糖或微生物等材料。以葡萄糖為例，葡萄糖廣泛存在于各種食物中，是人體活動所需能量的重要來源，有研究表明，人體每天攝入的食物所產生的能量相當于1000節AA電池。

　　2005年，日本東北大學教授西澤松彥領導的研究小組新開發出了一種新型電池，利用血液中的糖分作為燃料來發電。這種電池的電極上涂有酶，可以分解血液中的葡萄糖。葡萄糖分解后，電子在電池兩極之間移動，從而產生電流。利用人民幣1分硬幣大小的電極，研究人員得到了相當于0.2毫瓦的電量。

　　這種電池的實驗原理很簡單。只要在葡萄糖溶液里放入兩個電極，其中一個電極上涂上酶，酶就會從葡萄糖液體里分解出電子，有酶的那根電極就成為負極，沒有酶的那根電極就成為正極，就像電池的正負極一樣，連上線就可以把電輸送出去。

　　“實驗室里做起來簡單，想真正用到人體內，很難。”付德剛教授說，首先，人體內的血糖濃度遠遠低于實驗室使用的葡萄糖液體，靠血液里的葡萄糖發電，產電量很弱。其次，對人體是否安全還很難說。而且，就算血糖濃度可以安全調節，這個發電裝置安裝在人體的血管里，就像河流安裝了水電站，利用水流發電是好事，但對于河流本身和河流周邊的生態環境肯定會產生影響。

　　“同樣的，如果想利用人體的微生物發電，人本身的微生物不夠用，引進外來微生物進人體又有風險。所以相比較而言，在人體的機械能、熱能和化學能發電的設想中，化學能目前是最難也最需要謹慎的。”