一些國家的科學(xué)家正在研究，如何利用人體內(nèi)部的能量來驅(qū)動一些微小的電子裝置。這里所說的能量不是指神秘的生命力，而是將人體自身儲存的部分化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，或者從人體排出的廢熱以及運(yùn)動的動能中獲得能量。研究人員設(shè)想一種類似“寄生物”的小設(shè)備，它可以在對人體沒有影響的情況下“竊取”到數(shù)十微瓦至數(shù)毫瓦的能量。目前，已經(jīng)開發(fā)了一些能量收集系統(tǒng)的原型機(jī)，還有更多的裝置正在研制過程中。在不久的將來，人們或許可以利用人體內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化出的電能，驅(qū)動傳感器或微型通信設(shè)備。

利用人體葡萄糖的燃料電池

人體內(nèi)的葡萄糖是一個(gè)“巨大”的能量源。人每天攝入食物中所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于1000枚五號電池，將其中一小部分用于驅(qū)動微小裝置不會給人體造成多大影響。技術(shù)人員正在開發(fā)生物燃料電池，該電池的一個(gè)電極剝離葡萄糖的電子，然后將電子傳送給另一電極周圍的氧氣，以此形成電勢驅(qū)動外部電路。葡萄糖和氧氣都是人體供給的，燃料電池本身只需要兩個(gè)電極以及用于提供電流的一對接頭。葡萄糖生物燃料電池可以做得很小以放置在胸腔或肌肉組織內(nèi)，還可以把電池附著于需要供電的裝置。由于電極表面積的限制，產(chǎn)生的電流不可能太大。

在試驗(yàn)的可植入生物燃料電池中，大多在電池兩極使用酶來催化反應(yīng)，以產(chǎn)生更大的能量。但是酶的作用只能持續(xù)幾小時(shí)或最多幾天，之后輸出功率會迅速減小。因此，酶燃料電池要想從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用還需要技術(shù)上的飛躍。為了延長電池的使用壽命，一些研究人員試圖利用耐用酶，這些耐用酶是從熱泉區(qū)發(fā)現(xiàn)的微生物中提取出來的。另一個(gè)很有發(fā)展前景的方法是將酶鎖定在電極表面膜樣的容器中。密蘇里州圣路易斯大學(xué)的電化學(xué)專家說：“這就像給酶穿上了緊身衣，酶被限制在容器中無法散開?！蓖ㄟ^使用納米結(jié)構(gòu)的電極，酶的作用時(shí)間可達(dá)到兩年。

實(shí)際上，開發(fā)比普通電池性能優(yōu)越的可植入燃料電池一直面臨重重困難，而普通電池正不斷向小型化和高能化發(fā)展。德克薩斯州大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種無外殼的電池，該電池有一個(gè)鋅陽極和一個(gè)氯化銀陰極，每極都包覆有一層薄膜，可以鎖住反應(yīng)物，并把不需要的交叉反應(yīng)物排斥在外。他們希望最終能制造出一個(gè)體積小于1厘立方米，可持續(xù)工作幾天時(shí)間的電池，用來為一次性貼片式傳感器供電。

利用人體動能發(fā)電

如果人體內(nèi)的化學(xué)能利用起來有困難，那么是否可以利用人體動能呢?人體動能以多種形式存在，比如定期重復(fù)的呼吸和心跳，隨意性的肢體運(yùn)動，行走或彎曲手臂等。工程師已制造出可從振動中采集能量的實(shí)用裝置，現(xiàn)在正在考慮如何把這種技術(shù)應(yīng)用到人體。

2006年12月，英國工貿(mào)部宣布了一項(xiàng)涉及百萬英鎊的投資計(jì)劃，政府和企業(yè)界各承擔(dān)一半，目的是開發(fā)體內(nèi)微型發(fā)電機(jī)。南安普敦大學(xué)支持的佩爾佩圖姆公司承擔(dān)了大量的設(shè)計(jì)工作，建造了一個(gè)比項(xiàng)目裝置大5倍的模型，并已在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開始測試。該公司主要關(guān)注兩種系統(tǒng)，分別利用心跳和四肢運(yùn)動產(chǎn)生的能量來發(fā)電。這種微型發(fā)電機(jī)很可能是利用移動體的慣性使電容器的極板相接近，或通過在磁場中移動導(dǎo)電線圈來產(chǎn)生電能。開發(fā)的最終目的是制造出一個(gè)直徑6毫米、長20～30毫米，大小和香煙頭差不多的裝置，它可以產(chǎn)生100～150微瓦的電能，驅(qū)動生物傳感器或心臟起搏器。這種發(fā)電機(jī)有望在5年內(nèi)上市銷售。

但是，為功耗更高的裝置供電，這種慣性系統(tǒng)發(fā)電機(jī)就捉襟見肘了。據(jù)南安普敦大學(xué)歐盟振動能量采集項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的估計(jì)，慣性發(fā)電機(jī)要產(chǎn)生10毫瓦的能量就需要一個(gè)20克的物體移動5厘米，而現(xiàn)實(shí)中根本無法在人體中植入如此之大的裝置。另一種把動能轉(zhuǎn)化為電能的方法是通過壓電效應(yīng)，通過壓電材料的彎曲來產(chǎn)生電壓。很多專家對利用壓電材料來發(fā)電的前景并不樂觀，他們認(rèn)為壓電材料很脆弱，而且產(chǎn)生的能量很低、輸出功率有限。但還有一些人堅(jiān)持壓電方法的可行性。

2007年4月，喬治亞州理工大學(xué)王中林博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)，向人們描述了一個(gè)由大量的壓電氧化鋅納米線組成的納米發(fā)電機(jī)。在納米線的頂端有一塊導(dǎo)電板，當(dāng)板子向下壓時(shí)這些納米線會彎曲，從而產(chǎn)生電流。這些納米線非常細(xì)，直徑僅為40納米，所以很容易彎曲以形成較大的電流。納米結(jié)構(gòu)如此之小，只需要一個(gè)很小的力就可以使它變形到相當(dāng)大的程度。到目前為止，王中林開發(fā)的發(fā)電機(jī)只實(shí)現(xiàn)了數(shù)皮瓦的電功率，但他有信心在兩三年內(nèi)制出實(shí)用的能量生成裝置。他預(yù)想利用研制的材料組成一個(gè)薄構(gòu)造，通過構(gòu)造的彎曲從體液流動(如血液在血管中的流動)中采集能量。也可把這種構(gòu)造植入胸腔，靠心臟的跳動來發(fā)電，而不必與心臟直接接觸。

利用體熱溫差的熱能發(fā)電

現(xiàn)在生物燃料電池和機(jī)械發(fā)電機(jī)還處在原型機(jī)階段，但至少已有一種熱電發(fā)電機(jī)被推出了。人的身體在無所事事時(shí)也會以100瓦特的速率損失熱能，在干費(fèi)力的體力勞動時(shí)損耗就更大了。這些熱能(或更確切地說，是皮膚和空氣的溫差或身體上冷熱部分的溫差)的一部分可以用來產(chǎn)生電能。人們早在200年前就已知道了熱電效應(yīng)，現(xiàn)在很多工廠還在利用廢熱發(fā)電。但人體周圍的細(xì)小溫差只能產(chǎn)生很小的電壓、功率輸出很低，無法升級到可利用的水平。日本精工曾推出過由配戴者手腕和空氣的溫差提供運(yùn)行能量的手表，但由于該手表體積大、價(jià)格高，早已停產(chǎn)了。

位于加利福尼亞河濱市的ThermoLife Energy公司主要制造利用工業(yè)廢熱的熱力發(fā)電機(jī)，同時(shí)開發(fā)利用皮膚表面不同部分之間溫差的溫差發(fā)電機(jī)。后者的原型機(jī)通過串聯(lián)1000個(gè)熱偶發(fā)電器來提高功率輸出，可從5℃的溫差中獲取約100微瓦的能量，足以驅(qū)動一個(gè)心臟起搏器或生物傳感器。

其他的開發(fā)小組試圖從更小的溫差中生成更大的功率。北卡羅來納州的三角洲國際研究院用納米材料制成熱電半導(dǎo)體薄膜，1厘平米的這種薄膜可以利用0.9℃的溫差生成大約144微瓦的電能，這一溫差在人體周圍是非常容易獲得的。該團(tuán)隊(duì)希望能從更小的溫差中獲得電能，而面臨的困難是獲得的電能電壓太低，而要把低電壓轉(zhuǎn)化到可用的級別，功率會從144微瓦損失到67微瓦。當(dāng)然，還要把這些裝置做得更堅(jiān)固、可靠并大大降低成本。

該團(tuán)隊(duì)測得，人的頸部和手掌部分差不多損失人體熱量的10％～20％，可以從中得到10～20瓦的能量。如果把這些部分全部覆蓋起來，人肯定感覺不舒服。但只要頸部和手掌的10％用貼片覆蓋，而且這10％中有1％可以轉(zhuǎn)化為電能，貼片就可以產(chǎn)生10～20毫瓦的功率，足以對一個(gè)可充電電池進(jìn)行慢速充電。

今天節(jié)能手機(jī)所需要的電能已經(jīng)比最初的手機(jī)少了許多。如果人體能量的收集率繼續(xù)加大、電子裝置的能量需求繼續(xù)減少，在不久的將來，士兵攜帶的微小裝置就可以用人體能量來滿足供電需求，而無需再面對更換電池的煩惱了。