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研究人员开发了新型可穿戴磁弹性发电机

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2021年10月1日贝森·戴维斯(Bethan Davies)评论

塞缪尔利工程学院的一群生物工程师，加州大学洛杉矶分校研制了一种新型软、柔性自供电生物电装置。

研究人员开发了新型可穿戴磁弹性发电机。 — *加州大学洛杉矶分校为生物电子学设计的自供电、可伸缩、防水磁弹性发电机。图片来源:陈军/加州大学洛杉矶分校。*

这项技术旨在将人体的动作，如移动肘部或手腕上的脉搏等细微动作，转化为电能，用于为可穿戴和可植入的诊断传感器充电。

研究人员发现，磁弹性效应存在于软性和柔性系统中，而不是刚性系统中。磁弹性效应是指微小的磁铁在机械压力下不断被推到一起或拉开时，被磁化的材料数量的变化。亚博网站下载

为了验证他们的理论，研究小组将微小的磁铁分散在纸一样薄的硅酮基质中，以产生磁场，磁场的强度随着基质的波动而改变。当磁场强度发生变化时就产生了电。

这一全面的发现、这一突破背后的理论模型和论证已在一项发表在《科学》杂志上的研究中发表自然材料亚博网站下载该杂志也强调了这一点大自然。

我们的发现为实用能源、传感和治疗技术开辟了一条新的途径，这些技术以人体为中心，可以连接到物联网。这项技术的独特之处在于，当设备压在人体皮肤上时，人们可以舒适地伸展和移动，而且因为它依赖于磁性而不是电，湿度和我们自己的汗水不会影响它的效果．

陈军，加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院生物工程研究负责人和助理教授

由Chen领导的研究小组用铂催化的硅树脂聚合物基体和钕-铁-硼纳米磁铁开发了一种小型的、柔韧的磁弹性发电机——类似美国的四分之一大小。此外，它是用柔软、有弹性的硅胶带安装在受试者的肘部上的。

研究人员观察到的磁弹性效应比用同样大小的刚性金属合金设置的磁弹性效应强四倍。最后，该装置产生的电流为4.27 mA/cm²与下一个最好的技术相比，它的性能要高出一万倍。

磁弹性发生器足够敏感，可以将人体脉搏波转换成电信号，并作为一个自供电、防水的心率监测器运行。还可以利用所产生的电力为其他可穿戴设备提供可持续的电力，如汗液传感器或温度计。

现有的工作旨在制造可穿戴发电机，从人体运动中收集能量，并为传感器和其他设备供电，但缺乏实际应用方面的进展构成了挑战。例如，具有磁弹性效应的刚性金属合金没有弯曲，这使得它对皮肤的压缩效率很低，无法为可行的应用产生有意义的能量水平。

其他依赖静电的设备不能产生足够的能量。在潮湿的环境下，或者皮肤出汗时，系统的性能也会下降。试图将设备封装起来以防止水进入，结果降低了设备的有效性。然而，加州大学洛杉矶分校的新型可穿戴磁弹性发电机在人工汗液中浸泡一周后，在测试中表现得更好。

加州大学洛杉矶分校技术发展小组已经申请了该设备的专利。