科學玩具 孩子邊玩邊發電
【本報綜合外電報導】隨著科技進步,玩具如今不僅是童年回憶,還能在玩樂過程發電。近日一款科學玩具「飲水鳥」問世,由一根玻璃管連接上下兩個玻璃球組成,利用毛細現象、汽化潛熱和蒸氣壓等物理原理,不用電力或轉發條,就能讓這隻鳥重複做出站直與低頭飲水的動作,如今成為新型清潔能源發電機的靈感來源。
這款科學玩具,是由中國大陸華南理工大學與香港理工大學的科學家延伸「飲水鳥」的概念,研發出「飲水鳥摩擦電動水力發電機(DB-THG)」,研究成果日前發表於《Device》期刊。
在自然界中,當陽光照射地球,海洋、湖泊和地表液態水變成水蒸氣,經過凝結作用以雨、雪等降水形式落回地面,成為水循環。研究作者認為,如果能夠捕捉這種能量並將其轉化為電能,可能成為「龐大的再生能源機會」。
研究第一作者、華南理工大學教授吳昊表示,飲水鳥提供一種獨特的發電方式,他在攻讀博士學位時,發現飲水鳥不只是玩具,同時是展現物理學概念的工具。他說:「我開始思考,能否將液體蒸發為氣體的能量,轉化為機械能,再轉化為電能。」
研究人員於是設計飲水鳥引擎,將蒸發能轉換為機械能,再透過具有低摩擦阻力的專用「摩擦起電」奈米發電機,將機械能轉化為電能,結果可以為計算機、電子溫溼度計及液晶顯示器供電。
研究團隊表示,以往將蒸發能轉化為電能的實驗受限於轉化效率低落,但飲水鳥引擎能產生100伏特的輸出電壓,足以為小型電子設備供電,而實驗的50小時內,只消耗約100毫升的水。研究團隊的下一個目標是設計更獨特、高效能的飲水鳥引擎,期盼有朝一日能實際應用於日常生活。
智慧供電 助玩具轉型
不同於飲水鳥玩具以水力發電,南韓濟州大學材料科學家金尚宰(Sang-Jae Kim,音譯)團隊,則開發不需電池供電的兒童電子玩具;他們利用摩擦發電式奈米發電機(TENGs)收集機械振動時產生的能量(電荷),類似頭髮與氣球摩擦時形成的靜電,再將之轉化為可用能源。
研究人員指出,一但使用摩擦生電原理,玩具將可以「自己供電」,例如:按一按眼睛就會發光。
該團隊利用鋁電極製成的TENGs夾在環保矽膠薄膜之間,結合了橡膠小鴨及拍手玩具,透過擠壓或搖動方式讓電極與薄膜接觸產生電荷,TENGs可從中收集足夠能量為玩具LED燈供電,讓傳統玩具轉型為智慧供電玩具的前途更加明朗化。
雪橇跑跑人 用手發電
國內方面,親子天下MAKER PARTY曾舉辦「科學玩具自造王」競賽,有學生設計競速玩具「雪橇跑跑人」,兩個玩家必須用手快速轉動發電機,電就會經由電線傳送,驅動跑跑人揮動滑雪杖(棉花棒)向前移動,看誰先到達終點,過程完全「靠手發電」,沒使用電池。後來更成為嘉義市北興國中生活科技課程,學生最期待的上課內容。