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Fingertip-powered wearable 新發明手指發電器 隨時隨地發電 一根手指就能救地球

2021-10-07 (星期四)

科技時代來臨，幾乎人人身上都帶有電子設備，包括智慧型手機、手錶、平板電腦等，也因此，電力成為生活中不可或缺的一環。隨之而來的，是長時間把物品握在手掌中所帶來的手汗。 

但你可有想過，日常生活中的小舉動居然也能發電？加州大學聖地亞哥分校的工程師開發出一種可以戴在指尖上的裝置，當人們出汗或按壓時會產生少量電力。這款名為「手指發電器」的最新發明，透過收集人類指尖分泌出的汗水，轉化為電力。最特別的是，不管配戴者是站著發呆、還是躺著睡覺，只要手指戴著這款裝置，就能蒐集電力。

A new wearable device turns the touch of a finger into a source of power for small electronics and sensors. Engineers at the University of California San Diego developed a thin, flexible strip that can be worn on a fingertip and generate small amounts of electricity when a person's finger sweats or presses on it. What's special about this sweat-fueled device is that it generates power even while the wearer is asleep or sitting still, no exercise required!

研究人員設計指尖凝膠貼，是因為指尖是身體最容易出汗的部位之一。或許你會認為身體其他部位出汗較指尖多，但因為手指總是暴露在空氣中，所以汗水一流出便被蒸發掉。

指尖「全年無休」在出汗 發電簡單好上手 

研發人員是在國際著名科學期刊「Joule」（焦耳）上發表了這篇論文，而共同第一作者陸寅（音譯，Lu Yin）則是該校的奈米工程博士生。他分享這項發明的目標，是要讓可穿戴裝置變得更實用、更方便、更容易取得。陸寅補充：「這次的發明可說是首創，因為穿戴者根本不需要移動，不受時間和地點束縛。」 

那為何選擇使用指尖發電呢？研發團隊發現，指尖可說是 24 小時營運、全年無休的「汗水工廠」。這是人體最容易出汗的部位之一，每個指尖都擠滿了超過 1,000 個汗腺，可以分泌比其他部位還多 100 至 1,000 倍的汗水。 

說指尖容易出汗，可能很難以置信，但原來其他部位通風不良，才讓我們感覺這些地方流了更多汗；但指尖卻總是暴露在空氣之中，因此汗一出，就蒸發掉了。而這次，他們「把握」住指尖的汗水，將之蒐集並轉化成能量，連配戴者睡覺、發呆的時間都不放過。此外，研發團隊也發現，指尖輕輕按壓同樣能產生電能，只要配戴者打字、發送貼文、彈鋼琴，甚至敲打摩斯密碼，都能發電。

這個輕薄有如 OK 蹦的裝置，由可以吸收汗水的碳泡沫電極組成，內含嵌入的酵素，接觸到汗水會引發內部的乳糖氧化化學機制，從而產生電力並儲存在小型電容中。

像 OK 繃一樣小  潛力卻很可觀

「手指發電器」如何運作呢？事實上，這款發電裝置長的就像 OK 繃，可以直接包覆指尖，體積細小而靈活。它由生物燃料電池（biofuel cells）組成，再裝入小型軟墊中，可黏在指尖上。裝有酶（enzyme）的電極吸收汗水之後，會進行化學反應，分解汗水中的乳酸（lactate），以此產生電能。 

加州大學聖地牙哥分校穿戴感應器中心（Center for Wearable Sensors）的主任 Joseph Wang 也是研究團隊的一員。他表示，除了簡單好上手的優點外，這個技術還展現了最大的能源投資報酬率（Energy Return on Investment, EROI）。以往的機動式發電器，使用者需要作跑步、騎腳踏車等運動量大的活動，投入數百焦耳（J）的能量，只為了讓裝置產生幾毫焦耳（mJ）的電能，也就是說，能源投資報酬非常低；相比之下，這款手指裝置根本不需花上任何力氣，指尖只需輕輕按壓甚至完全靜止不動，也能發電。

與過往的汗水發電相比，運動需要相當賣力，消耗數百焦耳的能量，才能產生幾毫焦耳的電能。但此款設備所需要投入的能源很低，不管是睡覺還是打字，甚至是當個「沙發馬鈴薯」，只要戴上這組裝置，都可以產生一定程度的電能。

據最新實驗指出，受試者戴著它睡了 10 個小時後，能產生大約 400 毫焦耳（mJ）的能量，足以讓電子手錶運作 24 小時。而這僅僅是一個指尖的力量，若 10 根手指頭全都用上，就能產生 10 倍以上的能量。此外，受試者在一小時內，若以正常速度打字、按壓滑鼠，手指發電器也可以產生約 30 毫焦耳的能量。 

研究團隊表示，他們的目標是讓這款發電裝置發揚光大，造福所有人。他們強調，這不僅僅是一個很酷、但只能用來產生微小電能的發明，他們要用它來驅動更大型的感應器、顯示看板，或更先進的手機、電腦等電子裝置。目前每 10 秒按壓手指發電器 10 次，或是戴著兩分鐘，就能讓低功耗的屏幕正常運作。 

為了達到這個目標，該團隊也正朝高效率、持久耐用的方向前進，將來也計劃結合其他能量擷取器（又稱能量收集器 energy harvester），創造發電能力更高的穿戴式裝置。  

不少人天生受手汗旺盛困擾，若這項發明真的推行，會一下子成為他們的福音嗎？那以後若手汗發作時，就能說自己是為地球能源作出貢獻了！

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