移动电子设备已经成了我们的“生命线”,我们用它与外界联系、获取医疗信息,甚至听教育讲座。当没有移动电源给电子设备充电时,“SolePower”变得非常吸引人。《纽约时报》称它是最佳能源:“一旦电量可以维持足够长的时间,我们的生活就会变得更加移动化。”
“Sole”的意思是鞋底,“SolePower”就是鞋底发电,即利用走路时的动能发电,可以用来为移动电子设备充电,比如手机、GPS导航仪。鞋底发电的工具可以是一个安有能量装换装置的鞋垫。如此,你在穿运动鞋或者登山靴的时候都可以用它发电。商人在逛贸易展销会时可以将走路时产生的动能转化为电能存储起来;远距离跋涉时,背包客可以利用鞋底发电装置产生的电能给相机或GPS导航仪充电;在自然灾害导致输电中断时,人们也可以用鞋底发电来应急。
来自鞋底的能量
最初,鞋底发电这个想法还只是卡耐基梅隆大学的一项机械工程设计项目。这个项目的原型其实是为了让鞋子发光,这样可以避免穿行的车辆在夜晚撞到学生。后来,这个项目的设计者意识到,发电的概念其实可以用到更广泛的物件上面,而不只是点亮一只鞋。将这些电荷储存在外接系统中,就能产生足够多的电量,来给一些小的移动电子设备充电,比如手机。于是“SolePower”发电鞋垫诞生了。
2014年,来自菲律宾的15岁中学生安吉洛·卡西米罗(Angelo Casimiro)参加了谷歌的科学发明比赛。他发明的鞋垫,可以利用人走路时的动能发电,为手机、MP3播放器等移动设备充电。这双“充电鞋”的核心,是压电材料。压电材料指的是具有压电效应的材料。1880年,法国物理学家居里兄弟发现,把重物放在石英晶体上,晶体某些表面会产生电荷,且电荷量与压力成正比。
当你点燃煤气灶或打火机时,就有压电材料为你效劳。这类压电点火装置内有一块压电陶瓷,当你按下点火装置的弹簧时,传动装置就把压力传到压电陶瓷上,产生很高的电压,在燃气的出□放电,通过电火花点燃燃气。
同样地,如果把压电材料放在鞋底,你跑步时脚部的力量会使压电材料变形,从而产生电流,然后对电池充电。不过,压电陶瓷比较硬,放在鞋底有些咯脚。为了在充电的同时保证脚底的舒适,科学家正在研究新的纳米材料。美国威斯康星大学的研究人员发明了一种新材料,它含有无数微米量级的液态导电小水滴,当这些液态小水滴受到外部挤压、在电极构成的管道里运动的时候,就产生了电。