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乔治亚理工学院的研究人员开发了一种电源管理系统，可以让健身手环和智能手表从跑步、走路或轻敲手指等人类动作中获取能量。
这项研究发表在上个月的期刊上自然通讯摩擦发电机是一种微小的电子设备，可以将人体运动和机械振动转化为电能。该团队报告称，他们新的电源管理系统可以将这些设备的效率从大约1%提高到60%。
佐治亚理工学院材料科学与工程教授王钟灵(音译)于2012年领导了该团队第一个纳米摩擦发电机的开发。从那以后，王和他的同事们已经发明了几种利用摩擦电效应的发电机，即某些材料在相互摩擦时产生电流的特性。本月早些时候，研究小组开发了一种可以通过随风摆动来发电的旗帜。去年，研究人员发明了一种可以从人体运动中获取能量的织物。
新的电源管理系统分为两个阶段。首先，它在一个小电容中捕捉摩擦发电机的交流电。当电容器充盈时，电路将电流输送到更大的电容器或电池中。第二存储设备然后以低电压提供直流电所需的便携式电子设备和可穿戴设备。
这幅图展示了如何将摩擦发电机嵌入鞋中，在人走路时产生电能。(图片由佐治亚理工学院王钟林提供)。
这项研究可能代表着解决从不规则人体运动中获取能量这一棘手问题的重要一步。通常，交流电可用变压器转换成直流电。但是普通的变压器需要恒定的每秒周期数。相比之下，走路或手指敲击产生的机械能具有波动幅度和可变频率。
佐治亚理工学院研究生研究助理牛思淼(音译)表示，新系统的两阶段设计可以解释这个问题。他说:“我们的系统的第一阶段是与纳米摩擦发电机相匹配的，第二阶段是与它将提供电力的应用相匹配的。”
该电源管理系统能够将摩擦发电机产生的非常小的电流放大到比单独发电机输出功率高330倍。在手指叩击测试时，系统产生了1.044 mW的连续直流电流。该系统只需要少量的功率就能工作，但是毫瓦级的功率就足够补偿了。
“机械运动的类型和频率并不重要，只要能量输入高就可以了，”牛说。该系统还有助于将来自摩擦发电机的高压和小电流电力转换为低压、大电流的便携式电子产品。
王说，这种电源管理系统的下一步是将电路缩小到可以在实际设备中使用的程度，这一系统还只是在一个概念验证实验中得到了证实。他补充说，该系统还与压电和热释电发电机兼容，它们也能产生交流电。
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