如何使電池幾乎恆久遠

一塊電池快用完的時候，一般就需要進行手動充電，但新的方法正在被提出來幫助這一能量源堅持永久。

使用感測器的活動需要自持電池。這類活動包括長期跟蹤果蝠等野生生物、澳大利亞和亞馬遜雨林多年生物多樣性評估以及大堡礁健康狀況。

credit: 煎蛋小編&畫師樂米張

這就是能量收集設備派得上用場之處。

能量收集使得可以從環境中收集能量，例如通過太陽或者振動。但正如用於電網的風能和太陽能，為移動技術服務的能量收集也只能提供間歇性的和不可預測的能量供應。

這就引發了如何持續為這些設備供能的問題。

為了處理這個難題，我們設計了一個軟體框架，能根據預測收集到的能量自適應調整設備的感知和計算任務。這就確保了感測器能收集和分派必要的數據而不會耗盡能量。

以能量為中心的運作

我們軟體的目標是幫助設備在以能量為中心的方式下運作，這樣電池就能無限維持，或者直到充電循環耗盡。

一個例子是我們的Camazotz追蹤設備，我們將其用於搜尋果蝠。用頸圈將這個設備附著在動物身上，收集GPS數據來理解他們的運動。裡面也有個微型電池和太陽板來每天充電。

我們的軟體能預測動物的可能運動和能量可用性，並據此決定片上感測器的合適使用日程。這保證了維持GPS採樣所需的能量不會超過我們預計通過太陽板採集到的可用能量。

這個軟體框架能用於消費設備，比如智能手機和可穿戴設備。但由於這一方法沒有任何硬性電池壽命，電池能維持多久仍依賴於電池充電的最大次數。

其他研究者正在探索能量正性的感知。可以從人類運動中收集能量，反過來為可穿戴式設備供電。但除了提供一定量的能量，人類活動的信息，比如穿戴者是否在行走或者奔跑，也可以從收集到的能量信號中重建出來。

保護環境

當然，在野外無限期運行的電池供能設備也是有風險的。

隨著時間推移，電池可能會向環境泄露有破壞性的化學物，比如鎳、鎘或者氫氟酸，或者甚至在高熱下著火。

例如，當用電池供電的感測器監控大堡礁健康時，任何電池供電的設備都必須完全密封，與水隔絕。

研發生物可降解的電池是一個有趣的研究方向，可以降低大型感測系統對環境的影響。某些研究者正進行蠶絲、皮膚黑色素以及鹽水溶液製成的可分解電池的實驗。

動物福利也必須加以考慮：長期野外生物跟蹤的設備必須要麼輕和小到動物能正常運動，要麼具有到達設定時間就脫落的機制。

恆久遠電池的倫理

從哲學的角度，製造無限期供能的可以感知、思考和動作的設備使我們更接近創造人造生命形式。

例如，將這個與通過3D列印繁殖的技術相結合，並學習他們自身的程序代碼，你就得到了創造自持機器所必需的大部分組件了(每一步都不容易，都還遠著呢)。

自持電池供能設備也可以在它們預期任務之外從環境中繼續收集數據。這可能導致收集到計劃外的數據，這些數據可能就有隱私和政治問題。

無電池有時候更好

受到電池供能設備風險的激發，某些製造商設計了無電池感測設備，一舉消除電池充電的需要和環境風險。

這打開了新的應用大門，比如將感測器放入人體和動物體中進行生理學感知(站內相關文：利用人體供能的可植入式醫學設備)。

這些設備並不是不斷存儲能量，而是利用近場無線電波或者其他鄰近能量源收集足夠的能量來按需實現有限的感知或者計算操作。在概念上類似於被動無線射頻識別(RFID)，但比簡單地鑒定標籤可能提供了更多信息。

缺陷是只能在特定情形下運作。具體而言，這種設備要求能量源必須在非常近的地方。

能量永續性對於很多應用都至關重要，從動物檢測和跟蹤到船運和後勤。一些公司已經開始引入一些增值服務，比如基於感測器的後勤，傳遞高價值貨物實時消息。感測器的可持續運行將推動這一趨勢。

本文譯自 conversation，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。Raja Jurdak&Brano Kusy(澳大利亞聯邦科學與工業研究組織，CSIRO)

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