树木能源研究新动向 借力纳米“升压转换器”

    树木可以作为电源，但它们的电压过低，无法为常规电池充电。位于西雅图的华盛顿大学研究人员近期演示了一个纳米级的“升压转换器”，发掘了树木生成的超低压电势。

    “纳米级不仅仅是指体积，同时代表能量与电力的消耗量。”工程学教授Babak Parviz解释说。他专精于被自己称为“生物与电力工程接口研究”的领域。“普通电子器件无法工作于我们从树木中获取的电流、电压之上。”

    据研究人员表示，一棵树的输出电压可能低至20mV。他们设计了一个电路以蓄积足够的电力然后再输出1.1V电流，足以驱动无线传感器。微小的纳米级能源采集器工作时的消耗仅为10nW，不过大部分时间它都处于睡眠模式。

    他们还设计了特别的超低功耗时钟电路，睡眠模式下功耗1nW。只需蓄积350mV电压便能唤醒它。

    设计能源采集器的同时，研究人员还尝试通过监视树木电能输出的“脉搏”来判断树木的健康状况。“你去看医生时，他们的第一步要测量的就是你的脉搏，”Parviz教授解释，“树木内的某些信号也类似人体内的情况，但是速度更慢。”

    去年，麻省理工学院的研究人员在试图控制树干内与地面pH值差异时证实了“树木能源”背后的理论。学院的Andreas Mershin教授证实了树木内部系统通过做功维持固定pH值差异，从而可以驱动任何能源采集系统。

    Mershin教授成立了一家名为Voltree Power的公司，该公司最近赢得了美国林务局的合同，供应由树木驱动的无线网格传感器网络。“我们设计了一种专为林务局定制的产品，可以嵌入他们现有的气象站。”Voltree公司首席执行官Stella Karavas说。

    林务局在美运作着28000个气象站，每个气象站都由地面向卫星传送环境状况。Voltree公司的能源采集器从周遭森林搜集数据并通过无线传送至现有气象站。■