科技界正在修炼“吸星大法”，看好你的心脏

大数据文摘翻译作品

来源：IEEE Spectrum

翻译：姚佳灵 校对：康欣

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导读：金庸小说中的“吸星大法”用吸人内力的方式从高手身上获得源源不断的能量，这一武侠小说中的情节现在正被运用到科技领域。通过修炼“吸星大法”，从外部环境撷取和存储能量，消费电子设备的工作时间将被大大拉长。

我们正在进入一个新时代，可以从外部环境中搜寻点点滴滴的能量，为小型设备提供能量而完成不平凡的任务。物联网的需求和低成本组件的问世使得能量收集系统从利基应用移向大规模的实际应用。

去年11月，在加利福尼亚州圣克拉拉，由市场研究公司IDTechEx赞助召开的一次会议上，传出了明确的信息，在那里有七个课题同时被提及。除了能量撷取和存储，涉及的课题还包括：印刷电子、可穿戴技术、3D打印、超级电容器、物联网和石墨烯。这些看起来不相干的领域，实际上是紧密相关。正如IDTechEx的首席执行官Raghu Das所指出的，可穿戴设备对能量撷取技术有强大的推动作用。在整个会议中和在展览大厅里，其它相关性是显而易见的：超级电容器具有潜力以高效率的方式存储并释放收集到的能量、3D打印在建模和短期的定制生产项目扮演了重要的角色。

根据IDTechEx的分析，到2024年，预计能量撷取行业的价值能达到26亿美元。围绕着三种主要的能量来源，建立能量撷取系统，用以获取机械能、热能和电磁辐射能。

一种讨论到的机械能撷取手段，是英国公司Perpetuum所发明的组件。这个组件从火车车轮的振动中撷取能量：振动让磁铁在一个固定的线圈里振荡，为检测轮毂轴承温度的传感器提供动力。总部位于英格兰的东南铁路公司（Southeastern Railways）已经在它所有的148列Electrostar火车上安装了Perpetuum的系统，在小问题变成大问题前标记并发送报告。

杠杆运动（Leveraging Locomotion）：适合火车。这个装置利用底盘的振动让磁铁在线圈里振荡，从而为传感器提供了电能。

还有其它的方式从运动中撷取能量。有些品种的材料具有压电特性：施加压力以产生电流，或者相反。同时一直都有新的压电材料被发明出来。例如：一位伊利诺伊大学研究生发明了一种生物相容的压电薄膜，这种材料可以安全地植入活组织中。一种多层装置结合了这种薄膜，直接安装到人类心脏的表面，可以为心脏起搏器提供动力。这样可以消除病患每隔5到10年，由于电池耗尽而需要通过手术更换心脏起搏器的风险。压电设备也能工作于大规模的应用。在2012年伦敦夏季奥运会上，一个地铁站的人行通道的部分照明是由乘客在具有能量撷取功能的地砖上行走而提供能量的。IDTechEx预计，到2014年，全球范围内的压电市场将达到3千500万美元，几乎是2013年规模的两倍。

脉冲充电（Pulse Powered）：一个压电能量撷取器附着在一颗牛心脏的表面。恰当的设计能让它为心脏起搏器获取足够的能量。

IDTechEx的分析师们也看好热电系统市场，热电系统可以将无用的热能转化成电能。热能系统已经存在了几十年了，而新的固态热能装置可以在更小的温差下工作，增加了可以应用的地方。在展览会上，分析师们预测从2014年到2016年，这一代的热电市场规模将有2倍以上的增幅，达到近9千500万美元。

汽车上的应用是一个显而易见的目标，但是在这个时段，工业应用更容易推动成长。无线传感器通过生产过程中的设置，利用剩余热量获得动力，这样可以消除电力和通信线路，减少了安装和维护的成本。

也许最神奇的能量撷取方式是从周围的电磁辐射中撷取能量。这不是一个新点子：曾经晶石收音机是非常流行的，如今射频识别（Radio Frequency IDentification，俗称电子标签）和光伏电池也很普及。无论如何，这个概念可以更进一步，可能从无时不刻笼罩着我们的无线电信号中获得能量。西班牙纺织研究协会Aitex，通过与其他研究者合作，已经制造出织物中含有微小天线的布。这个技术可以进行开发，有朝一日，我们的服装可以撷取足够的能量来为生物传感器和其它可穿戴设备提供动力。

这次的IDTechEx会议是一个很好的例子，让我们看到了合作的力量有多么伟大。这是参与者的能量和热情，而这是近年来在许多技术方面已经消失的东西！由正在经历快速增长的多个市场产生的兴奋，让人联想到个人电脑风头正劲的日子，那是个什么都有可能，神奇的产品指日可待的时期！在改变我们和日常物品、数据、他人关系甚至我们自己的身体的互动关系上，能量撷取正在发挥重要的作用。

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姚佳灵：家庭主妇，对数据分析和数据处理方面的知识很感兴趣，正在努力学习中。

康欣：生物医学工程博士，多年从事图像及数据处理和分析、计算机视觉、模式识别、机器学习、增强现实等领域的技术研究和创新应用，现为西门子中国研究院高级研究员。希望借此平台，与大数据分析爱好者以及专家学者交流、合作。