人体内的动力

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美国科学协会的一份最新报告指出：人体内蕴涵有化学能、动能、静电能与温差能等，每人每年源源不断发出的这些废弃的能量达到0.182千瓦；全球现有70多亿人每年废弃的总能量达到12.7亿千瓦；相当于7座中国三峡水电站的发电总量。

由此科学家寄予希望的是，利用人体蕴涵的动力，让人体内的医疗植入物像良性寄生虫那样运转，即从人体内悄悄吸取足够的能量，让自身运行，而人类作为寄主甚至都没有察觉到。

体内医疗装置完全弃用电池

真是诸事不顺。你的视网膜植入物告诉你，现在已是黄昏时分，尽管你才刚刚吃过午饭。你的心咚咚直跳，可是眼前并没有让你倾心的恋人。植入你体内的传感器已经发出3次血糖警报和一次心脏病发作的警告――像往常一样，这些都是错误警报。甚至那个讨厌的膀胱控制阀似乎也是又一次泄漏，一声叹息!要是你的医生能早点安排给你做电池更换手术，那该多好!现在你只能排队等候。

这种可怕的以电子或电动机械装置行使人体部分生理功能的状况还没有成为现实，但也并非纯属科学幻想。数以百万计的心脏病患者已经植入了起搏器和除颤器，数以万计的耳聋患者通过植入人造耳蜗改善听力。

关于其他可以植入人体装置的想法层出不穷，其中包括植入大脑下垂体的刺激器以阻止饥饿信号；或植入脊背肌的调控器以防止肥胖，抑或植入胸骨肌的静电器治疗帕金森病和慢性神经疼痛，还有植入胸腔的传感器以监测癌症或心脏病发作的分子预警信号。尽管如此，有一点美中不足：更换电池简直太难了。

现在，植入了以电池为动力的起搏器的心脏病患者，就需要每隔3～5年做一次手术，以便更换电池。每次手术花费2万美元，并且谁也不喜欢为了更换电池而让自己的胸腔被打开。

或许有更好的办法。研究人员正在探索利用人体内部的动力――不是某种神秘的生命力，而是人体自身食物储存所蕴涵的化学能量――并将部分动力转换成电。人们寄予希望的是，可以让医疗装置像良性寄生虫那样运转，即悄悄吸取足够的能量，让自身运行，而你作为寄主甚至都没有察觉到。

我们谈论的是为许多装置提供从几十微瓦到几毫瓦的功率。同样也可以利用我们人体中的动能，即我们的心脏不停跳动与肌肉运动所产生的动能。还有人体源源不断发出的废弃的热能温差与静电，这些所谓的能量提取系统有几个已经处于试验样品阶段，更多的还在研发中。有可能在几年时间里，许多医疗装置将完全弃用电池。最终，你的身体甚至可能提供足够的电能，像带动手机或MP4那样带动医疗装置。

利用人体化学能

医疗植入物最好的动力来源是你的身体已经用作能量供应的葡萄糖。葡萄糖含有巨大的能源――你每天摄入的食物装载着相当于一千节AA电池的能量。因此，将一点食物转化为电能，为体内的植入物提供动力，应该不会造成痛苦。

美国航天工程师们正在研发生物燃料电池，这种电池有一个电极将葡萄糖的电子剥落，并将电子传递到有氧的另一电极，从而产生电压，通过外部电路带动电流。葡萄糖和氧由人体提供，因此燃料电池本身的构成只有两个电极和一对导电用的触点。

燃料电池传导的电流受制于电极的表面面积，但除此之外，燃料电池的体积可以极小；对可能仅需几十微瓦的起搏器或传感器来说，一个葡萄糖燃料电池可以置于胸腔或肌肉组织内，或者附着在它要提供动力的装置上。

顺便提一句，动力与电极表面面积的关系表明，你不可能利用葡萄糖燃料电池帮助减肥。如果要达到减肥效果，燃料电池必须将你从正常饮食中吸收的能量中的相当一部分消耗掉，这就需要电极表面面积达到数千平方厘米，那还不如去骑自行车呢。

目前制造的实验性可植入生物燃料电池多数用酶来催化每个电极上的反应，因为这能比非酶电极释放更多的能量，尽管如此，这还是一种缺陷。酶的活性只能持续几小时，或最多几天，然后开始减弱，导致功率输出迅速衰减。因此，酶燃料电池尚未从实验室阶段跨越到实用阶段。

为了延长电池寿命，一些研究人员尝试采用更持久的酶，这种酶来自温泉中的细菌，另一个有希望的方法是把酶保存在电极表面类似膜一样的袋中。实际上，开发性能超越电池的可植入燃料电池越来越困难，因为体积更小，功率更大的电池不断面世。

一个由得克萨斯大学的拉切尔・威尔顿领导的研究小组正在研发一种不用外壳的电池，这种电池为锌阳极、氢化银阴极，两个电极都包裹着一层薄膜，以保留反应物，排斥不需要的交叉反应物。威尔顿希望最终能制造出一种体积小于1立方毫米的电池。

尽管这种电池只能持续几天，但这没关系，因为威尔顿设想它可以用于一次性贴片式传感器，类似某种已经投放市场的血糖监测器。使用者将传感器电极插入皮下――几乎没有疼痛感，因为传感器电极像发丝一样纤细――并将贴片固定好。几天后，他们可以拿出贴片，拔出电极，更换新的电池。

利用人体动能

如果利用人体的化学能被证明太困难，那么提取一点点取之不尽的人体动能怎样?动能以各种形式存在：例如呼吸和心跳这类有规律、不断重复的动作，或四肢的自发运动，比如行走、屈臂。英国生物能工程师爱德华・威尔逊已经制造出实用的装置，能接受机械振动产生的能量。现在的问题在于如何将这种技术运用于为医疗装置提供动力。

2010年12月，英国贸工部宣布了一项价值100万英镑的计划，由政府和行业各投资一半，成立一个开发人体内微发电机的财团。大多数设计工作正在由南安普敦大学下属的Perpetuum公司进行，该公司现已制造了一个比例放入的样机，体积相当于该装置预计体积的5倍。这个样机开始在实验室投入试验。

新型发电机的工作原理是利用一个移动物体的惯性，要么促使电容器的带电极板靠拢，要么通过磁场移动一个导电线圈。最终的目标是制造一个跨度为6毫米，长度为20或30毫米的装置，能产生足够的能量来带动心脏起搏器或生物传感器。开发者希望5年内向市场投放这种发电机。

不过，对于更多渴求动力的装置来说，这种惯性发电机看来不是一个可取的办法。在南安普敦大学领导欧盟振动能利用项目的史蒂夫・布劳顿估计，一个惯性发电机产生10微瓦功率可能需要一个20克的物体移动5厘米――这样的装置太不实用，不适合植入体内。

另一种将运动转化为电能的途径是压电发电。只要弯曲压电材料，就能产生电压，因此从字面上看，这是一个有价值的制造发电机的选择。

不过，许多专家对用压电材料为医疗装置提供动力的前景感到悲观。理由是压电材料比较脆弱，电力输出也有限。但是，Perpetuum公司的专家们正在改用鲨鱼皮研制压电发电池，有望五年后推出实用产品。

利用人体温差能

虽然生物电池和机械发电机尚未通过试验样品阶段，热力发电却已经产生了至少一个产品。

你的身体流失大量的热能――如果你的活动不比阅读这篇文章更累，那么流失热能的速度相当于100瓦的功率。但是，如果你从事辛苦的体力劳动，那么流失热能的速度会增加许多倍。这样的热能――或者准确地说，是你的皮肤与空气之间、或你的身体较暖的部分与较冷的部分之间的温度差异，从而产生能量。

人们知道这种温差能效应已经有200多年了，并正在尝试利用。

首先，人体上微小的温差可以产生极其微弱的电压，这很难提高到有用的程度，输出功率也很低。但是，日本精工公司推出的利用体温发电作为动力源的腕表，从皮肤体温中吸收几个微瓦的功率，为其电子器件提供动力。

不过，这种表体积较大，价格较高，很难进入实用的市场。目前，精工公司正在研制实用化的人体温差供能产品。

利用人体静电脑

如果利用人体的化学能、动能或温差能都被证明比较困难，那么提取一点点取之不尽的人体静电能怎样?

美国航天工程的相关研究发现，人体不像金属导体那样有整齐的晶格点阵与大量的自由电子；也不像绝缘体那样，电子受严重束缚形成绝缘性能。

由于人体存在大量的水与微量金属元素等，所以就存在不少游离态的电荷。其中有自由电子，也有像骨头与脂肪等电介质起着绝缘作用，所以导电性能介于金属导体与绝缘体之间，可以认为是“生物半导体”例如体液中游离态的电荷存在，由于接触分离或感应可使一般人体电位为1KV左右。某些情况下可高达50KV左右(如人在带电雷云下行走，头顶可被雷云感应出50KV静电位)。

而且，人体生命活动的基本单位是细胞，每一个细胞(有细胞核、细胞质、细胞膜)就有三层，内层与外层都是蛋白质，中间一层是磷脂分子层，核与质中还有它们的微细结构。每个细胞可视为一个微型电池，都是小能源。细胞有一定的寿命，到时会死亡，相当于电池的化学能耗完报废。人体的新陈代谢就相当于更新“电池”，所以有新的细胞不断产生，维持着生命的延续。

美国太空生物工程学家瓦尔哈拉・雷诺的实验发现，人体内心脏的跳动不断地发出静电，可在皮肤表面产生0.001～0.002伏，频率约几十周的电能。大脑也能产生0.00002～0.0001伏，频率为10周的静电能量。心电图与脑电图就是人们心脏与大脑活动的静电记录。

现在，雷诺领导的科研小组正在开发用海豚喉肌提取的似硅胶物制作生物蓄电池。这种直径约三厘米的生物蓄电池，是利用心脏博动吸收10～20微瓦功率的静电，为其电子器件提供动力。但目前这种生物蓄电池的制作材料提取难度很大，价格高昂，该科研小组正在寻求其他替代材料。

目前，人体能量提取装置所能提供的动力，与它们在日复一日的使用中所应提供的动力之间，还存在很大的差距。但是看看几年前，当时最早的便携式电话的耗电与当今的节能设计之间也存在类似差距。

如果能量提取装置能继续改善性价比与输出功率，植入的电子装置能继续完善耗电量，那么，用不了多久，你的身体将能提供你需要的所有电力，从而免除你更换电池的负担。

更重要的是，人体动力应用的广泛深入研究，是生命科学领域的一个新的前沿，那里，很可能孕育着自然科学的新的伟大突破，可能将会发现生命物质运动中“新的物理学定律”。

(译据美国《奥秘与探索》)