在当今数字化时代,电子设备已经成为人们生活中不可或缺的一部分。电量焦虑却如同一片阴云,始终笼罩在人们心头。无论是智能手机、平板电脑还是笔记本电脑,电池续航似乎永远难以满足人们的需求。
智能手机作为人们最为常用的电子设备之一,其电量焦虑问题尤为突出。据调查显示,超七成大学生有手机电量焦虑,90% 的手机用户都对手机电量流失表示担忧。很多人在外出办事时,若发现手机电量过低,就会产生不安、紧张的情绪,严重者在电量低于 90% 时就会陷入电量焦虑。这种焦虑不仅影响着人们的心情,还在一定程度上限制了人们的行动自由。比如,有些人出门时如果手机电量不是 100% 就会感到不安,甚至会特意调整行程以确保能够及时给手机充电。
对于现代社会的人们来说,手机不仅仅是一个通讯工具,更是生活的重要组成部分。人们用手机处理工作、购物支付、社交娱乐等,长时间的使用使得手机电量消耗迅速。而随着 5G 时代的到来,手机的功耗进一步增加,续航问题越发凸显。虽然目前主流手机电池容量已经超过 4000mAh,但在重度使用下,依然很难撑过一整个白天。玩手游等高耗能场景下,甚至撑不过一个上午。这使得人们不得不随身携带充电宝,或者时刻寻找充电的地方。
二、皮肤充电技术(一)技术原理皮肤充电技术有着多种实现途径。卡内基梅隆大学的 “Power-over-Skin” 技术将人体建模为复杂的 RC 电路,以人体为传导介质,利用电容性和射频能量在皮肤表面传导能量,为连接的设备输送电力。
澳大利亚公司的 Energy Ink 技术利用空气中的水分子被纳米工程墨水吸收后离子分离产生电流的原理,从湿气中获取电能。
对于从汗液中榨电的技术,如加州理工学院的电子皮肤,通过生物燃料电池从汗液中收集能量,但仍需依靠电池。
哈尔滨工业大学的柔性热电发电机则是将人体皮肤散发的热量即体温转化为电能。瑞士的初创企业利用皮肤表面与周围环境之间的温差发电技术,将人体热量转化为电能,为医疗器械等提供自给自足的电能,未来有望为手机充电。
三、国内应用实例(一)手术背景与过程西安交通大学第二附属医院成功完成了国内首例可充电双电极骶神经调控手术。21 岁的患者小赵因患有良性椎管肿瘤并发排尿功能障碍多年,饱受排尿困难和严重便秘的困扰。此前,小赵经过多次手术及药物、理疗等治疗方式,效果甚微。来到西安交大二附院后,种铁教授团队综合评估病情,诊断小赵为复杂的腰骶神经损伤导致排尿排便功能障碍,且 CT 提示小赵为变异骶骨、五对骶孔等多发畸形。
骶神经调控疗法分为一期体验电极植入手术和二期植入永久刺激器。小赵经过一期 14 天的体验治疗,排尿、排便显著改善,漏尿减少,排便成形,会阴部及肛门持续的紧缩感彻底缓解。患者及家属决定接受二期植入永久刺激器。考虑到小赵年轻,既往的骶神经刺激器有使用年限,若干年后刺激器电池耗尽,患者还要进行手术植入。征得患者及家属同意后,团队选用了目前国际领先的可充电双电极骶神经调控系统。二期手术时,团队选用了 B 超定位方式,相比传统的 X 线定位,更加精准地将刺激器贴近骶神经。
(二)技术优势与效果该可充电双电极骶神经调控系统具有诸多优势。首先,患者可通过巴掌大的充电器放在腰骶部,隔着皮肤给体内刺激器充电,类似于手机无线充电。充电器放在患者皮肤上半小时左右就能充满电,充满一次最少可以使用半个月。具体使用时间因人而异,与患者使用的刺激参数有关,刺激参数高使用的时间就短一些,参数低使用的时间就长一些。这一技术解决了目前骶神经刺激器使用几年就要更换的问题,大大减轻了患者的经济负担和身体创伤。
其次,这套系统不仅可以充电,还能远程调控。以往患者需要到医院由医生调控系统参数,现在患者在家,医生远程就可以对仪器调整参数,维持疗效。
(三)意义与展望随着科技的不断进步,相信类似的皮肤充电技术将在更多领域得到广泛应用,为人们的生活带来更多的便利和希望。不仅在医疗领域,未来在可穿戴设备、植入式医疗设备等领域,皮肤充电技术有望实现能源自给自足,真正告别电量焦虑。
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