仿效自然之叶发电

The sun rises behind windmills at a wind farm in Palm Springs, California, February 9, 2011. REUTERS/Lucy Nicholson (UNITED STATES - Tags: ENERGY ENVIRONMENT BUSINESS) - RTXXNCW
Electricity could be generated from an unlikely source.Image: REUTERS/Lucy Nicholson
本内容由人工智能自动翻译。

一种新型装置模仿杨树的枝叶,其仿生叶片在风中摇曳时即可发电。

这一构想不会取代风力涡轮机,但这项技术可能催生一个利基市场,为小型且视觉上不显突兀的风力发电设备提供机会。该装置的设计负责人、爱荷华州立大学遗传学、发育与细胞生物学副教授迈克尔·麦克洛斯基(Michael McCloskey)表示。

“这项技术可能的优势在于美观和体积较小,因此或许可以用于离网能源采集,”麦克洛斯基说。“我们着手探究:能否从外观像植物的东西中获得实用数量的电能?答案是‘或许可以’,但这一构想还需要进一步开发。”

麦克洛斯基说,在拉斯维加斯等一些城市地区,手机信号塔曾被伪装成树木,配上叶片,而这些叶片的作用只是改善塔的外观。他说,从这些叶片中获取能量将提升其功能。

Image: 克里斯托弗·加农(Christopher Gannon)

这篇发表于PLOS ONE的论文介绍了一个仿生学实例,即利用人工手段模仿自然过程。这一概念启发了计算机科学、制造业和纳米技术等不同领域的新思路。

麦克洛斯基实验室里的原型不太可能被许多人误认为是真树。该装置有一个金属格架,上面垂挂着十几片塑料薄片,形状仿照杨树叶。

爱荷华州立大学副研究科学家、论文合著者柯蒂斯·莫舍(Curtis Mosher)说,从研究人员搭建的原型到一棵更逼真的仿生树,距离并不遥远;后者可以有数万片叶子,每片都能利用风能发电。

“这肯定做得到,关键是实现这一点而不损害效率,”莫舍说。“还需要做更多工作,但已有可行路径。”

叶柄内的特种塑料细条在气流弯折时会释放电荷。这类过程称为压电效应。研究人员以杨树叶为模型,是因为其扁平的叶柄会促使叶片规律振荡,从而优化柔性压电细条的能量生成。

同样参与研究团队工作的遗传学、发育与细胞生物学教授埃里克·亨德森(Eric Henderson)设想,未来仿生树可以帮助为家用电器供电。

亨德森说,对于希望产生少量风能、又不想安装高大碍眼的塔架或涡轮机的人来说,这类仿生技术可能形成一个市场。

但麦克洛斯基说,要让这一愿景成为现实,就必须找到机械能到电能转换的替代方式,也就是将风能转化为可用电力的方法。爱荷华州立大学实验采用的压电方法效率不足,无法满足这项技术参与市场竞争的要求。

亨德森说,由于相关材料容易获得,压电是显而易见的起点。但要迈出下一步,就需要采用新方法。

其他转换方法,例如摩擦起电(由不同材料之间的摩擦产生电荷),效率相近,也能为自主传感器供电。然而,麦克洛斯基说,要制造出实用装置,还需要大幅提高效率并开展进一步研究。

授权与转载
世界经济论坛发布的文章,可依据《知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎4.0国际公共许可协议》以及我方《使用条款》进行转载。 本文所表达的观点仅代表作者个人立场,并不代表世界经济论坛的观点。