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行進中可能帶我們《回到未來》的發電鞋!

還記得《回到未來》對2015年的預測嗎?雖然今年我們不會看到馬蒂以及布朗博士開著 DMC DeLorean 穿越時空,但是自動綁帶鞋有可能今年就會出現了!至於自動綁帶鞋的動力是哪裡來的呢?就是以下這雙可以在行進間收集轉換動能的發電鞋囉,來看看吧!

 

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這些小型電子裝置展現了發電容積、電池尺寸和其他因子的平衡。

 

德國研究人員研發出鞋子般大小的儲電裝置,可以轉換貯藏人類行走過程所產生的能量。

這項技術可應用在穿戴式電子裝置上,讓你使用時完全不需要任何電池。它具有兩種吸取動能的獨立裝置:當振動能收集器(shock harvester)在感受到鞋跟敲擊地面的時候可以產生能量;另外,擺盪能收集器(swing harvester)則是在腳有所擺動搖晃的時候,可以產生能量。

這些甚至可以組合成專門給老人家「自動綁鞋帶」的鞋子。關於技術的發展可參考《智能材料與結構》期刊(journal Smart Materials and Structures)。

「我們能夠供能給無線傳輸器和簡單的感測器。」來自德國菲靈根-施溫寧根( Villingen-Schwenningen)微型系統與信息工程研究中心(Das Institut für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft,HSG-IMIT)的工程師克萊維斯˙伊利( Klevis Ylli )這麼說。

「『室內導航』是我們一直在著力的應用,也就是在鞋子內裝有感測器,可以測得腳的加速度、角速度(不論你的腳是否有轉動),還有磁場。根據這些感測器的數據,可以計算你旅行了多遠距離,或是步行過的任何方向。所以,試想一個救援單位,在進到他們所不熟悉的建築物時,他們就可以利用手持裝置追蹤到他們所要去的位置。」

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負責吸收振動的感測器隱密地埋在訓練鞋鞋底。

 

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這項裝置利用磁石和金屬線圈的相對運動來產生能量。

這兩種能量收集器都可以藉由磁場與金屬線圈之間的相對運動來產生能量。只要移動磁石經過靜止的線圈,就可以誘導出電壓並產生電流。其實這種方式的產能相對來說非常小,即便在產電高峰也只有3到4毫瓦特的功率。這樣子的產能甚至不足以替一台智慧型手機充電--智慧型手機一般來說需要2000毫瓦的電功率。但是這已經足以啟動許多小型感測器及傳輸器運作。

這些小型裝置必須做到能量供應、體積大小和其他限制因子的平衡。伊利表示他的團隊提供了這項技術的關鍵。

「過去有些做法嘗試利用鞋底下的槓桿供能給傳動裝置和手電筒的發電裝置。他們是可以產電達250毫瓦的功率,但是對鞋子來說有點笨重和突兀。」伊利這麼對BBC新聞說。

「雖然說發電裝置能產生的能量和體積大小有正相關,但是如果你想要合理地整合應用到鞋底的這些裝置,必要有些更嚴格的限制,像是縮短裝置的長度或高度。考慮到能量輸出,我們相信我們已經做出相當小的電子裝置了。」

他說擺盪能收集器是為了製作給老者的自動綁帶鞋而研究的。鞋子會偵測到使用者對它的踩踏,並自動繫緊鞋帶,當然也可以在需要的時候鬆綁;動能收集器將會供能給這些閉合機構( closing mechanism)。

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參考資料:Smart shoe devices generate power from walking. [BBC news. Jan. 15. 2015.]

關於作者

佩容

PanSci實習編輯,目前就讀中興大學植物病理學系。興趣有點泛濫,諸如自然生態、環境保育、地球科學、心理、藝術、設計、文學、語言、性別議題、音樂、社會正義、傳媒、經濟...是個貪心的人。