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科学家研发出迷你发电机靠心跳就能发电

信息来源:chuandong.biz  时间:2007-09-21  浏览次数:170

  心脏起搏器因耗尽电能而一再更换,手机在紧要关头瞬间停电,MP3在我们尽情享受音乐时突然熄火。面对这些问题,日前有科学家设计出了一款只靠心跳就能发电的“迷你发电机”。然而“发电机”的功效如何,请关注———
  7月24日曾报道,英国科学家成功开发出了一款能将振动转化为电能的“迷你发电机”,根据研究者的设计和实验,心脏病人只要安装了这个发电机,就不必再通过手术更换心脏起搏器的电池,只要靠心跳,心脏起搏器就能够运转。当然,这个发电机的前景还不止于此。按照同一原理,我们只要把手机、MP3等无线设备放在胸前口袋,心脏的跳动同样能为它们供电。
  然而,依靠心跳真能发电吗?这样的发电是否会对人体健康造成危害呢?为此,笔者采访了医学和物理学方面的专家,希望从科学的角度分析“心跳发电”的可行性。
  医学专家认可心跳充电
  心脏的正常起搏点是一个叫窦房结的地方,它会自动有规律地发出电冲动,这个电冲动传到心肌细胞的时候,会使心肌收缩;冲动过后,心肌就会舒张。这样就完成了一次“心跳”。据北京安贞医院心脏外科主任医师屈正介绍,人的心脏就像一个自动化的“血泵”,每一次心跳都向人体各部分输入大量含有氧和养料的新鲜血液,并使血液在体内不停地循环,以完成生命体所需营养的分配等功能。与此同时,心跳也使心脏本身有了动能,心跳产生的是机械能,而心肌代谢产生的是化学能。
  他认为,“迷你发电机”要利用心跳的能量,其实是要采集在心脏跳动时把血打出去那一瞬间产生的机械能,而不是利用心脏本身的能量,也不是利用心肌代谢用以供养全身的化学能。因此,这本身就是在利用人体内的一种额外的富余能量,不会影响心脏对人体的供能。
  屈正解释说,心脏一般在两种情况下需要用到心脏起搏器:第一种是心跳频率过慢,第二种是心力衰竭。第一种情况下,利用心跳产生的能量给起搏器充电是很有可能的。在给心脏病人装入心脏起搏器时,起搏器本来是有电的,这样就有一个初始的能量使心脏跳动频率正常,随后每次心跳瞬间所释放出的机械能都可以转化为电能持续给起搏器供电。而在第二种情况下却不太可能,因为心力衰竭的心脏本身就跳不动,它需要外界给它供能才能维持跳动。
  屈正认为,现在问题的关键就在于如何从技术上成功地采集心跳产生的机械能,以及采集之后用哪种特殊材料如何转化为电能。
  “迷你发电机”可广泛应用
  北京理工大学材料博士林海波在接受笔者采访时谈到,上述“迷你发动机”的核心部件是一种压电材料(属于电子材料),此压电材料具有压电性,就是当晶体受到张应力、压应力或剪应力作用产生应变时,晶体就会显示出极化和电场,产生电能,这种利用机械能转化为电能的现象就是压电效应。所以,“迷你发电机”可以利用人体的心脏跳动形成机械能,进而转化为一定的电能,产生的电能可以用来为心脏起搏器供电。产生电量的大小与心脏跳动的强度、频率及材料的本身转化能力有关,不同的材料具有不同的转化能力。
  对于心脏跳动较弱的,可以选用转化力强的发动机为起搏器供电;当人处于运动或心情变化等过程中,心脏的跳动会引起一定幅度变化的电能,这种不稳定性可以通过添加稳定过滤器来调节其稳定性,同时稳定的起搏器也调节了心脏跳动的变化。
  但是如果心脏单位时间内产生的功率与手机所需功率不同,可以用何种方式进行调节呢?林海波介绍说,一种方法是对应所需不同能量的器件采用不同功率的“迷你发电机”,也就是说,不同的材料在同一外力作用下产生的电能是不同的。比如说,现在已研制成的多层压电变压器,最大功率已超过50W,并且已大量地应用于笔记本式计算机液晶显示器的背光电源,以及复印机和传真机的高压电源中。另一种方法就是还可以利用变压器进行转换,如果发动机里有内置变压器也可进行。
  美好理想能变成现实吗
  在身体里面再镶嵌一个能量转化的装置是否可行?据心脏起搏器生产厂家多百力公司的杨羽介绍,从理论上说这是可行的。因为将机械能转化为电能在技术上实现起来并不难,难的是这里面还涉及到很多其他方面的细节问题。起搏器通常都安装在右侧或左侧胸壁皮下。医生会在皮下组织和胸大肌之间分离出一个囊袋,将起搏器埋藏在皮下的囊袋里。根据病人病情和起搏需求的不同,医生会将一至三根起搏导线通过静脉送入心脏内不同的心腔,导线的另一端与起搏器相连接。所以说起搏器的植入手术是不需要开胸的,只是在皮肤上开一个4—5厘米的刀口,起搏器植入后将刀口缝合即可。不会影响病人的日常起居,特别是像洗澡、游泳之类的活动。因此,可以根据起搏器在人体内安装的方式,在体内镶嵌转化装置。
  可是为了给手机或MP3充电,在人体内植入“迷你发电机”,对消费者来说,似乎是得不偿失的。但屈正认为,将来的发展趋势可在技术上最大限度地保证“无创伤性”。比如,可以在人体的表面贴一种双面的器材,贴着体表的一面是感应器,以通过体表感应心跳采集机械能;另一面是转换器,将机械能转化为特定功率的电能,并输出到手机或MP3能接收到的导线上。而且,那种双面器材必须保证无辐射且人体对它不过敏。

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