未来的可穿戴电子服装可能会因我们自身的体温而收费。 地平线杂志

到2025年，可穿戴电子产品市场预计将增长到530亿欧元，但其中一种产品-智能手表将占主导地位。 德国Fraunhofer FEP的Matthias Fahland博士说，除此之外，还有许多产品处于“起始位置”。 该领域的主要障碍之一是存储。 “能源来自何处，电池在哪里，它将持续多久（存储）的问题是所有问题的关键问题。”

一个名为ThermoTex的项目正在探索利用人体热量为微型设备供电。 瑞典查尔默斯理工大学的克里斯蒂安·穆勒教授说，热电效应已经有近200年的历史了。 当存在诸如人的皮肤与外界温度之间的温差之类的温度差时，该效果允许将热能转换为电能。 电子从材料的较热部分移动到较冷的部分，电荷的这种移动会产生电势。

他说，“热梯度（差异）是一个重要的动力源，因为它们一直存在。”

聚合物

ThermoTex有两个轨迹：基础科学和应用科学。

在其基本轨道上，该团队试图设计出比目前可用的热电性能更好的聚合物。 调节聚合物的热电效应的一种方法是掺杂，这是分子的长重复链。 此过程会产生发电所需的电荷。

2020年，ThermoTex团队在 自然材料结果表明，通过将电离能低的聚合物（释放电子所需的能量）与电子亲和力高的掺杂剂（添加到聚合物中的分子）结合在一起，可以使掺杂效率提高一倍。

“我认为与纺织业互动以使用他们的方法非常重要。”

瑞典查默斯科技大学的ChristianMüller教授

但是，在掺杂剂方面存在安全隐患，尤其是在可穿戴电子设备中使用掺杂剂时。 穆勒教授说，它们可能有毒。 他补充说，如果它们与您的皮肤接触，可能会毒害您。

该团队研究了约50种不同的掺杂剂，并将在2021年开始由欧盟资助的一项名为HORATES的大型项目中进行进一步研究，以开发有机或碳基热电发生器。

作为其应用工作的一部分，ThermoTex购买了商业用导电聚合物配方，用于配制丝绸。 尽管这些涂层的效率不及穆勒教授实验室制造的某些涂层，但它们使项目团队开始制造导电织物和设备。 例如，涂层的丝绸可以为人体监测传感器提供能量。

Müller教授说，他们将染色的丝线以长线缝合穿过织物，然后将它们绣成小的波尔卡圆点，这很重要。空气。 学生还可以在织机中将这些丝线编织在一起。

他说，我认为与纺织业进行互动以使用他们的方法非常重要。 “这是一个成熟的行业，利润率很低，因此您无法想像出任何人都没有的幻想方法。”

平台

同时，Fraunhofer FEP的Fahland博士也试图提供可用于服装的纺织行业解决方案。 他是Smart2Go（11个成员的项目）的项目负责人，该项目旨在为可穿戴电子设备创建一个掌上型的自主能源供应平台。

该平台集成了能量收集功能，例如从热电效应中获取的能量，存储以及该能量的应用。 法赫兰德博士说：“该平台是一堆箔纸，具有很多功能。”他补充说，您可以将其握在手中。 “这是一个接口，将能量收集器连接到应用程序。 您可以指定如何将能量放入平台中以及将其引入应用程序的方式。”

在应用程序方面，Smart2Go正在与行业合作伙伴就两个不同的项目进行合作。

Smart2Go正在与一家纺织和服装制造商合作，将其平台与能量收集材料集成在一起，以提供更安全的工作服。 这可能包括诸如黑暗时点亮的功能。 它还与一家运动休闲服装公司合作，制作可以收集有关性能信息的服装。

Fahland博士说，这些解决方案对材料的重量和柔韧性施加了许多限制。 而且，必须以用户可以“插入”不同能量收集技术的方式来构建它。

Smart2Go的项目依赖于太阳能和人体热量，但其他项目可能包括运动产生的能量或动能。 芬兰坦佩雷大学的项目同事正在研究该平台的超级电容器，这些电容器将增加可用于不同应用的电流，从而扩大了平台的可能用途。

移动电话

但是，这些小型能量收集器只能从环境中清除大量能量。 ThermoTex的Müller教授嘲笑这种想法，即有一天可以利用热电效应为手机供电。

不仅收获过程效率很低-他估计最多可以收集和储存1％的热能，这就是他们试图开发新材料的原因-这会使佩戴者感到非常冷。设备试图从体内吸收能量。

但是，对于较小的应用（例如用于监视人的健康的传感器，识别标签或安全服），可以从周围环境中汲取少量能量的微型设备作为解决方案。

迄今为止，可穿戴电子产品最大的障碍可能不是技术上的障碍，尽管这一直是阻碍其发展和普及的主要障碍。 为了使可穿戴电子设备进一步发展，需要消除可穿戴设备收集和存储人们的私人信息的能力以及由此带来的安全隐患。 法赫兰德博士说：“有很多法律和数据安全问题需要予以认真对待。”

同时，他和该领域的其他人正在清除他们可能遇到的障碍，并创造出一种技术，该技术将为我们的衣物从我们的身体和环境中产生能量的未来铺平道路。

本文中的研究由欧盟资助。 如果您喜欢这篇文章，请考虑在社交媒体上分享。