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用爱发电不靠谱,试试用尿发电吧

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  • 发布时间:2020-07-08 14:47
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【概要描述】日本科学家发明“尿电池”,可以放在尿不湿中驱动传感器,从而实时监测其中的尿量,为医患护理提供便利。

用爱发电不靠谱,试试用尿发电吧

【概要描述】日本科学家发明“尿电池”,可以放在尿不湿中驱动传感器,从而实时监测其中的尿量,为医患护理提供便利。

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日本科学家发明“尿电池”,可以放在尿不湿中驱动传感器,从而实时监测其中的尿量,为医患护理提供便利。

 

来源:Freepik.com

 

作者 | 林风

编辑 | 张昊 高佩雯

 

太阳光、照明光、机械振动、热振动,甚至动植物的体液,都存在能够被转化的能量,只是这些能量通常非常微弱,难以为人所用。但基础技术和制造工艺的进步,改变了这些闲散能量的应用前景。

 

日前,日本立命馆大学的科学家,利用尿可作为电解质溶液的特性,开发出了能感知纸尿裤消耗程度的“尿电源”,以及与之匹配的尿量传感器。该研究为病患护理问题提供了解决方案。

 

  尿电源有望解决病患护理难题

 

科学家研究尿发电技术,显然不是为了和尿泥。这项技术的应用场景非常明确,就是为了病患护理,并且已经进展到了产品测试阶段。

 

婴儿以及下肢瘫痪的人群,需要经常性地穿着纸尿裤,看护人员要定期关注纸尿裤是否应该更换,无形之中造成了一定的看护压力和心理负担。

 

如果将能够感受排尿的传感器嵌入纸尿裤,就可以及时通知看护人员更换纸尿裤,让医患双方都获得极大便利。

 

小便不能自理,对医患双方都是压力 | instagram

 

类似的设想,其实并非什么高科技,之前也有相关产品面世,具体形式五花八门。不过,无论采用何种传感电路设计,都需要解决电力问题,没有电源的传感器显然无法工作。

 

传统的传感器需要很大的驱动电压才能工作,设计人员不得不用干电池或纽扣电池去驱动它们,这和纸尿裤的设计初衷相悖:

 

从佩戴者的角度来说,新产品不应增加额外的负担和不适感。从看护者的角度来说,则希望产品结构尽量简单,使用尽量容易,特别是不希望有安装、更换电池一类的繁琐作业。此外,整个电路的成本必须足够低,以满足一次性的使用要求。

 

这样一来,电路中就不应该出现传统的驱动电源。那么,谁来扮演电源的角色呢?研究人员想到了尿液本身。

 

  尿电源如何发挥作用

 

尿中存在着多种离子,算得上是一种电解质溶液,这给用尿发电提供了可能。

 

研究人员在尿不湿内布置了片状的活性炭阴极和铝箔阳极,它们与尿一起构成了电池。然后是解决传感器和电路的问题。

 

由于尿电池产生的能量仅在微瓦级别,研究人员需要精妙构思,才能利用如此微小的能量来驱动传感器。最终,他们想到了利用微型电容来存储微弱电量。当蓄积的能量足够大时,电容就会自动放电,通过无线电路向外界释放脉冲信号。

 

之后能量清零,等待下一次放电过程。

 

湿掉的尿不湿,可以变成电池 | 图虫创意

 

尿量较大时,尿电池可以为电容提供较为稳定的充电电压,后者将不断得到能量,从而不断向外释放脉冲。根据脉冲的释放频率,外部的信号接收系统将其与尿量对应,我们就能知道纸尿裤吸收的实时尿量。

 

印刷电子技术可将上述部件以非常低成本的方式布置到尿不湿中,最终产品的价格将能进入合理范围。

 

  除了尿,植物体液也可以用来发电

 

研究人员还实验了多种环境发电技术,其中植物体液电池技术的难度,比尿电池还高了不少。

 

因为植物体液虽然也是电解质溶液,但与尿量相比,其分散性更高,相对某处的液量也就更低。前面提到的尿电源可提供微瓦级别的能量,而植物体液能提供的仅其百分之一。这使其更难驱动外界无线传感电路。

 

不过,目前研究团队已经成功制造出超低功耗的无线传感电路,它们与植物体液电池配合后,能够测量出植物体内的体液含量变化。

 

这对农业自动化意义重大。未来农业生产中,利用安置在某些植株上的体液传感器,就能实时推算出农田的灌溉需求,实现智能生产。

 

植物体液电池,或可帮助实现智能生产 | 来自网络

 

 

参考文献:

1. An RF Distance Sensor Utilizing Harmonic Signal from Rectenna for Power-Controlled Wireless Power Transmission System to Wearable Devices  2020 IEEE International Conference on Consumer Electronics(ICCE) 

https://edas.info/web/2020icce/papertitles.html

2. 2.45-GHz Wireless Power Transmitter with Dual-Polarization-Switching Cantenna for LED Accessories  Wireless Power Week (WPW 2019) IEEE MTT-S Wireless Power Transfer Conference (WPTC)

https://www.wpw2019.org/downloads/WIRELESS_POWER_WEEK-DRAFT.pdf

 

 

来源:科学辟谣平台

 

 

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