前沿科技之昆蟲翅膀震動自行發電

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資料圖：昆蟲飛行器

資料圖：昆蟲間諜

據美國物理學家組織網8月31日報道，多年來，科學家在仿照昆蟲制造微型飛行器（MAVs）的研究中，一直面臨著攜帶能持久供電的電源這一挑戰。最近，密歇根大學科學家就另辟蹊徑，直接利用真正的昆蟲，解決了飛行器電源方面的一個難題。

密歇根大學電力工程與計算機科學學院的艾瑟姆-阿坎-阿卡達卡和同事共同開發出一種能量收集器，利用綠花金龜（GreenJuneBeetle）飛行過程中翅膀的震動來發電，通過一種壓電裝置，使每只甲蟲輸出的總體電功率達到45毫瓦。他們預測，如果把甲蟲飛行肌直接和發電機相連的話，發電功率還能再提高一個數量級。這也標志著人們第一次用活昆蟲和非共振裝置來采集能量。相關論文發表在最近出版的《微觀力學與微型工程雜志》上。

此前收集昆蟲能量的方法包括用熱電偶收集昆蟲體熱，或用共振磁性裝置收集振動能量。但不同甲蟲翅膀震動的頻率有很大不同，同一只甲蟲在不同條件下的震動頻率也不同，所以非共振裝置才能有效收集各種振動產生的能量。

在實驗中，研究人員用壓電裝置分別測試了甲蟲翅膀、胸部和翅鞘部位的發電能力。壓電裝置能以85赫茲到105赫茲的頻率運行，這也是綠花金龜翅膀震動的頻率范圍。實驗顯示，能量收集器越靠近飛行肌底部（振動源），受到的機械壓力越大，輸出功率就越大。換用了更大的壓電裝置后，在最佳部位能達到115毫瓦。

“這種裝置還能拓展到同類昆蟲身上，其重量要比共振式能量收集器大大降低。不考慮振動頻率轉換、光熱環境條件的話，能得到巨大的輸出功率。”阿卡達卡說，“盡管微型飛行器的研發已經取得了很大進步，但在空氣動力性能、飛行時間、載荷能力、能源儲備微型化方面，機器昆蟲更具優勢。我們目前的技術跟自然界幾千年的進化比起來還太簡單。”

機器昆蟲能作為微型飛行器來使用，執行搜尋與救援、跟蹤、監控危險環境、探測爆炸物等任務。阿卡達卡說：“目前我們在研究一種將壓電陶瓷和傳統硅制造相結合的新技術，以提高微振動能量收集器的效率。”

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