作为探索科学大胆新前沿系列的一部分，我们采访了悉尼大学电气工程专家、世界经济论坛青年科学家，了解他为何将研究重点放在开发自充电电池上，让我们的智能设备持续运行。
你想要解决的重大问题是什么？
随着5G和物联网（IoT）技术的发展，我们很快就会被微型传感器和智能设备包围。它们将持续监测我们的环境，并可能对环境加以改变，以提升我们的生活质量。
数据收集、与云服务通信、在服务器上存储和分析数据，整个过程都非常耗能。我们很快将拥有超过500亿台智能设备，其中大多数安装在难以到达的地方，因此定期更换电池和维护并不可行。
迄今为止，人们一直致力于提高电池效率，并采用更小但效率更高的电池，以延长设备的使用寿命。尽管取得了这些进步，电池对许多应用来说仍然是一项挑战。事实上，使用电池的智能设备要么寿命有限，要么虽能使用更久但性能受限。设备的预期寿命与其能耗之间存在权衡：能耗越高，性能越好，但使用寿命越短。即使我们能够更换电池，又该如何处理所有废弃电池？
你打算用什么重要想法来解决这个问题？
在许多物联网应用中，设备需要以自给自足且可持续的方式供电。一种可行的解决方案是从环境中收集和获取能量，为设备提供足够的能量来执行操作。这样可以显著延长设备的使用寿命，并免去将电池作为能源的需求。
配备能量采集功能的智能设备，其使用寿命理论上可以不受限制。设备可以长期使用，无需维护或更换电池。我们大多在大规模应用可再生能源，为什么不在微观层面加以利用呢？
我们正在使用压电材料（在受到机械应力时会产生电荷），将微小运动转化为电能，并将其储存在电池和超级电容器中。采用太阳能、机械能、热能等多种能量采集技术相结合的方式，可以显著延长物联网设备的使用寿命，并减少其碳足迹。
你会怎样向五岁孩子解释这一点？
我们的手机和玩具都靠电池工作，电池储存能量，让它们能够运行。但电池的使用寿命有限，因此我们需要更换或充电。想象一下，我们有100台或1,000台都靠电池运行的设备。要更换或给所有这些电池充电几乎是不可能的。解决这个问题的一种方法是利用我们周围可获得的能量。我们几乎可以把任何类型的能量转化为电能，并储存在电池里——这样设备就能长时间运行，无需更换电池。
这段历程中最具挑战性的部分是什么？
从环境中采集能量并不可靠。产生的能量也不稳定。这使设计变得非常复杂，因为设备无法直接依靠能量采集技术产生的能量供电。我们需要使用储能单元，或配备电源管理单元的超级电容器，来储存采集到的能量并妥善使用。电池需要达到一定能量才能充电。电池的尺寸和储能能力也存在问题，因此它们与大多数能量采集技术不兼容。价格也是一个因素。
大多数人不了解电池的什么情况？
全球约有470万名能够开发物联网设备的开发者，这一数字每年以约3%的速度增长。近期研究显示，美国每年丢弃的电池超过30亿个，而物联网技术在各个领域的普及将加剧这一问题。
