Facebook    RSSRss 訂閱    列印此頁 列印
二零一九年十月二十九日

中大工程學院研發極輕便人體動能採電系統
輕鬆走路能提供源源不絕電力



試想日常步行便能產生源源不絕的電力,讓隨身攜帶的電子產品毋須充電亦能不停運作。香港中文大學(中大)機械與自動化工程學系廖維新教授團隊最近研發的極輕便人體動能電力採集系統,或能實現這看似科幻的情境。新研發的裝置以膝蓋為支點,能夠將步行時膝部彎曲的動能轉化為電力,為計步器、健康監測儀和全球定位系統(GPS)設備等穿戴式電子產品供電。研究成果已刊登於國際著名學術期刊《應用物理學快報》(Applied Physics Letters),並獲編輯推薦為特選文章。 

利用人體動能發電並非新鮮事,通過跑步機、單車等去推動馬達發電便是現有例子。而近年,科學界積極研究如何在不影響日常生活下利用動能發電,其中一個方向是採集步行產生的能量,唯受制於發電物料的重量和採電過程產生的額外負擔,一直未能廣泛應用。廖維新教授的團隊最近採用一種智能材料──壓電纖維,巧妙地結合機械結構設計,成功突破以上限制。 

壓電纖維是一種輕便物料,在折合/彎曲的過程能夠產生能量,配合彎曲樑(Bending Beam)及曲柄滑塊架構(Slider-crank Mechanism),將人體膝蓋於步行時的自然彎曲及伸直動作,轉化為電力。 

廖教授解釋:「膝關節是下半身運動範圍最大的關節,因此較其餘部位例如腳裸、臀部等能產生更多可利用的能量。」研究團隊以壓電纖維製作了一個裝置原型,測試員配戴後以每小時2至6.5公里(慢步至慢跑)的速度步行,裝置能持續產生1.6毫瓦(Milli Watt)功率的電力,此輸出量能啟動穿戴式電子產品如智能手環。此外,這裝置原型僅重307克,對照測試員佩戴和不佩戴裝置的呼吸模式,顯示兩者步行時消耗的能量沒有差異,意味裝置沒有明顯加重佩戴者負擔。 

廖教授補充:「裝置對登山及遠足人士最為吸引。佩戴後用家只需走路,就能提供足夠電力以維持智能手環等電子產品的運作。即使身處深山、於荒野迷路,也可持續進行健康監測和定位等功能,甚至在必要時發出求救信號。展望將來,我們將繼續改良裝置,於減輕重量及提升發電量兩方面入手,發揮輕便型可穿戴能量收集器的優勢,並著眼於商業化應用,例如夥拍登山用品、運動服裝生產商,設計出貼身輕便的人體動能供電衣物。」 

中大機械與自動化工程學系簡介 

中大機械與自動化工程學系於1994年成立,今年慶祝創系25周年。學系致力研究創新科技,以知識改善人類生活,尤其專注於研究機器人和控制、設計和製造、以及能源技術等領域,科研貢獻廣獲國際認同。在教學方面,學系除了提供機械與自動化工程學各類課程外,近年也開設了本科生能源與環境工程學士學位課程。學系至今已培育了超過二千名畢業生,現有不少校友成為工業及科技界的領袖,部份更創業成為企業家;亦有校友投身學術研究,成為新一代年青學者,並奪得國際性獎項。他們的努力及成就,進一步肯定了學系的世界領先地位。 

廖維新教授 (右) 及博士研究生高飛 (左) 用半年時間成功研發一套人體動能採電系統。
廖維新教授 (右) 及博士研究生高飛 (左) 用半年時間成功研發一套人體動能採電系統。

廖維新教授
廖維新教授

整套系統僅重307克,非常輕便。
整套系統僅重307克,非常輕便。

裝置上的智能材料會隨著走路時膝部的動作而彎曲,並將動能轉化為電力。
裝置上的智能材料會隨著走路時膝部的動作而彎曲,並將動能轉化為電力。