【導(dǎo)讀】眼下可穿戴設(shè)備市場(chǎng)正如日中天，但是可穿戴設(shè)備的續(xù)航問(wèn)題卻是阻礙市場(chǎng)發(fā)展的一個(gè)脈門(mén)。為了隨時(shí)隨地為穿戴者續(xù)航充電，專(zhuān)家組從摩擦生電展開(kāi)聯(lián)想，終于摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)的技術(shù)得研究計(jì)劃完美告破。
根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IDC的報(bào)告，在2014年，穿戴式裝置（基本型及智能型）的市場(chǎng)出貨量約1，960萬(wàn)臺(tái)，在2015年，預(yù)估出貨量將成長(zhǎng)至4，570萬(wàn)臺(tái)，至2019年更上看1.26億臺(tái)，而這五年的年平均復(fù)合成長(zhǎng)率高達(dá)45.1%。
在初期，人們對(duì)高科技產(chǎn)品的嘗鮮及炫耀心理所建構(gòu)出的消費(fèi)行為，以及，以商品實(shí)用性甚至是必需品為導(dǎo)向的長(zhǎng)期市場(chǎng)需求；而大家都很清楚的是，“實(shí)用性”才是穿戴式裝置商品能夠屹立不搖、生生不息的保證。
穿戴式裝置的“實(shí)用性”指針，除了功能（function）之外，最為重要的就是“續(xù)航力”了。以目前最夯的AppleWatch來(lái)說(shuō)，每天晚上都得脫下來(lái)充一下電，消費(fèi)者已經(jīng)稍嫌麻煩了，若是24小時(shí)監(jiān)測(cè)的醫(yī)療照護(hù)穿戴裝置，也需要每天脫下來(lái)充電才能續(xù)用，這種東西的實(shí)用性已經(jīng)被大打折扣了。
以目前的產(chǎn)品表現(xiàn)來(lái)說(shuō)，電池續(xù)航力的確是穿戴式裝置市場(chǎng)成長(zhǎng)的一大罩門(mén)。
要提升穿戴式裝置的續(xù)航力，可以從二方面著手，一是設(shè)計(jì)極低耗電的傳感器、處理器、通訊模塊等組件，以及優(yōu)化系統(tǒng)的電源管理；二是改良電池技術(shù)。
相較于半導(dǎo)體組件設(shè)計(jì)所獲得的改良進(jìn)展，電池技術(shù)則面臨更多的挑戰(zhàn)。現(xiàn)今廠商不僅要研發(fā)出續(xù)航力超強(qiáng)而且體積又小的電池，最好還能讓電池具備可撓的特性，以搭配各種型態(tài)的穿戴式裝置；而在未來(lái)，智能型穿戴式裝置的功能勢(shì)必更加強(qiáng)大，這也意味著裝置內(nèi)含的組件將會(huì)越來(lái)越多，結(jié)果就是耗電量將只會(huì)增不會(huì)減，因此，電池技術(shù)就必需要有重大的突破才能未雨綢繆。
延長(zhǎng)穿戴式裝置的續(xù)航力，除了等待新電池技術(shù)的支持之外，還可以透過(guò)“改變充電的方式”讓使用者“有感”，例如，具備（遠(yuǎn)距）無(wú)線(xiàn)充電功能的穿戴式裝置，就可以在“不必脫下”的情況下隨時(shí)充電，永遠(yuǎn)turnon，但前提是需配合無(wú)線(xiàn)充電發(fā)射器的裝設(shè)位置；若是依照“能量采集”（EnergyHarvesting）的原理，將穿戴者本身產(chǎn)生的動(dòng)能（擺動(dòng)、摩擦）轉(zhuǎn)換成電能來(lái)供電，則可以隨時(shí)隨地將電池充飽，而且也沒(méi)有充電位置的限制，因此，穿戴式裝置就可以全年無(wú)休的為您服務(wù)了。
雖然能量采集的技術(shù)仍在研究階段，但已有令人矚目的突破進(jìn)展，例如，美國(guó)喬治亞理工學(xué)院的王中林教授（Prof.ZhongLinWang）及其團(tuán)隊(duì)利用“摩擦生電效應(yīng)”（TriboelectricEffect），以及“靜電感應(yīng)”（ElectrostaticInduction）原理所設(shè)計(jì)出的摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)（TriboelectricNanogenerator；TENG）就是很好的例子，該團(tuán)隊(duì)在此研究議題上所獲得的成果，已將單位面積發(fā)電密度（AreaPowerDensity）提升到1，200W/m2，能量轉(zhuǎn)換效率（EnergyConversionEfficiency）也高達(dá)50%~80%，所提供的電量甚至可以點(diǎn)亮1，000顆綠光LED組件
“能夠產(chǎn)生大量電荷的輸出取決于摩擦表面的性質(zhì)。在聚合物薄膜的表面上采用奈米材料的圖案增加了片材的接觸面積，產(chǎn)生的電力可以有上千倍的差異”，所以為了增加接觸面積，薄膜表面通常會(huì)設(shè)計(jì)成密布的鋸齒、顆粒或長(zhǎng)刷狀等等。
在當(dāng)初開(kāi)始研究TENG時(shí)，其目標(biāo)就是為了要對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的小型電子組件提供電源，而研發(fā)至今，已證實(shí)摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)不僅能攫取小尺度的能量，也能收集大規(guī)模的能量，例如流水、雨滴、海浪等等自然能量。
如果摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)的技術(shù)在未來(lái)可以達(dá)到商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)，那么，穿戴者就可以隨時(shí)隨地為自己的裝置充電，而穿戴式裝置就可以不再需要以大顆的電池來(lái)延長(zhǎng)續(xù)航力了。
雖然摩擦生電奈米發(fā)電機(jī)的技術(shù)發(fā)展，不論是用于人體動(dòng)能采集，或是用于自然風(fēng)雨的能量采集，將繼續(xù)面對(duì)許多務(wù)實(shí)問(wèn)題的挑戰(zhàn)，例如材料的穩(wěn)定度、長(zhǎng)期摩擦后的磨損率、高電壓低電流的電源管理技術(shù)、能量?jī)?chǔ)存技術(shù)、封裝、連接或整合至裝置等等問(wèn)題，但不可否認(rèn)的是，我們習(xí)以為常的摩擦生電現(xiàn)象，竟也有如此實(shí)用的潛力，微小的能量匯聚之后也有巨大的用處，未來(lái)還會(huì)發(fā)展到什么樣的境界呢？
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