樹木能源研究新動向 借力納米“升壓轉換器”

    樹木可以作為電源，但它們的電壓過低，無法為常規電池充電。位于西雅圖的華盛頓大學研究人員近期演示了一個納米級的“升壓轉換器”，發掘了樹木生成的超低壓電勢。

    “納米級不僅僅是指體積，同時代表能量與電力的消耗量。”工程學教授Babak Parviz解釋說。他專精于被自己稱為“生物與電力工程接口研究”的領域。“普通電子器件無法工作于我們從樹木中獲取的電流、電壓之上。”

    據研究人員表示，一棵樹的輸出電壓可能低至20mV。他們設計了一個電路以蓄積足夠的電力然后再輸出1.1V電流，足以驅動無線傳感器。微小的納米級能源采集器工作時的消耗僅為10nW，不過大部分時間它都處于睡眠模式。

    他們還設計了特別的超低功耗時鐘電路，睡眠模式下功耗1nW。只需蓄積350mV電壓便能喚醒它。

    設計能源采集器的同時，研究人員還嘗試通過監視樹木電能輸出的“脈搏”來判斷樹木的健康狀況。“你去看醫生時，他們的第一步要測量的就是你的脈搏，”Parviz教授解釋，“樹木內的某些信號也類似人體內的情況，但是速度更慢。”

    去年，麻省理工學院的研究人員在試圖控制樹干內與地面pH值差異時證實了“樹木能源”背后的理論。學院的Andreas Mershin教授證實了樹木內部系統通過做功維持固定pH值差異，從而可以驅動任何能源采集系統。

    Mershin教授成立了一家名為Voltree Power的公司，該公司最近贏得了美國林務局的合同，供應由樹木驅動的無線網格傳感器網絡。“我們設計了一種專為林務局定制的產品，可以嵌入他們現有的氣象站。”Voltree公司首席執行官Stella Karavas說。

    林務局在美運作著28000個氣象站，每個氣象站都由地面向衛星傳送環境狀況。Voltree公司的能源采集器從周遭森林搜集數據并通過無線傳送至現有氣象站。■