鞋墊發電、尿液充電,為了給更多的電子設備供電,美軍腦洞大開搞發明

鞋墊發電、尿液充電,為了給更多的電子設備供電,美軍腦洞大開搞發明

鞋墊發電、尿液充電,為了給更多的電子設備供電,美軍腦洞大開搞發明

美軍號稱武裝到牙齒,看到上面這張圖,不禁讓人感慨,這裝備,有錢真好。但是這一頭的裝備,在實際使用中會面臨一個尷尬的問題——供電。

我們可以看到,照片中的夜視儀、盔燈和送話器(連接的單兵電台),都需要電池,這還僅僅是頭盔,其餘的像手持GPS、雷射測距儀、步槍掛載的雷射指示器、敵我識別訊號燈、各種電台和智能終端等等,都需要大大小小的電池來供電。

據美國陸軍研究實驗室說,在阿富汗執行一個正常的72小時任務,一名軍人維持自身電子裝備運作所攜帶的電池多達70塊。

並且這些電池非常重,比如一個用於無線電台AN/PRC-117的電池重就有1.8公斤,然而一個這樣的電池其實用不了多久,如果要滿足作戰需求,平均每個士兵需要攜帶的電池可能達到9公斤。

另外這樣的電池還相當昂貴,一個步兵營每年在電池上的支出超過15萬美元,昂貴的代價讓美軍也有點吃不消。

於是,解決越來越複雜的士兵系統的供電問題,成為了美軍的一道難題,這幾年陸軍的一些研究機構也出現了不少試圖解決這一問題的方案。

靠走路發電的鞋底,還能定位

據報導,近期美國陸軍正與Robotic Research公司合作設計一款內建感應器的鞋底,這樣佩戴者每走一步,鞋底就能發電。

具體來說,就是當一名士兵的腳後跟向下推鞋底時,力會撞擊一個微型旋轉水平結構,帶動一個小型發電機發電。

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美國陸軍C5ISR中心的機械工程師Nathan Sharpes是這項專利的發明人,他說:「我們在戰鬥靴後跟內底嵌入了一種能量收集裝置,這樣當士兵的鞋跟受到撞擊時,它就會啟動發電機,發電機旋轉產生能量。」

這項技術不僅能提供動力,還能讓指揮官在沒有GPS的環境下追蹤士兵。參與這個項目的Robotic Research LLC是一家行業領先的自動化和機器人技術供應商,最近該公司從美國陸軍獲得了一份價值1650萬美元的合約,將使用自研的WarLoc的技術來研發這種裝置。

步行一小時,充電4個手機的褲子

透過步行來充電並不是最近才有的創意,早在2016年,美國海軍陸戰隊就在測試一種可以隨時提供動力的新褲子——「PowerWalk」,這種裝置重量很輕,安裝在腿上後能從行走的自然動作中獲取能量。

這個設備的工作原理是用一個齒輪箱將膝蓋的轉速轉換成更高的轉速,而發電機則將機械動力轉換成電能,然後,一個「先進的電力轉換」電路將電能充進鋰離子或鎳氫電池。

根據測試,使用者佩戴該設備時可以10到12瓦的效率發電,步行一小時後,就可以產生足夠給4部智慧型手機充電的電量。

納蒂克士兵研究、發展和工程中心的美國陸軍系統工程師Noel Soto說:「如果一名士兵能夠透過可穿戴的能量收集設備產生能量,這意味著我們不僅可以減輕他的負重,還可以減少部隊對後勤補給的依賴,使我們能夠延長任務的持續時間和有效性。」

尿液充電,排出來的水甚至還能喝

如果說上面的技術能夠解決走路充電的問題,那麼如果是需要長時間潛伏的偵察兵或者狙擊手呢?

一個偶然的發現似乎能解決這一問題。在亞伯丁試驗場的亞伯丁實驗室中,研究人員發現一種鋁基粉末開始在與水接觸後會釋放出氫氣,在氫燃料電池中,氫可以分解為質子和電子,質子穿過薄膜,在電路的另一端產生正電荷,電子穿過電路,為用電設備供電。

這種粉末是一種「結構穩定的鋁基奈米鋅合金」,亞伯丁試驗基地的陸軍研究實驗室的材料科學家阿尼特‧基里博士表示,「利用產生的氫氣,美國士兵可以做到『隨選發電』,這對於單兵裝備的供電而言是非常有用的」。

更重要的是,這種供電方式很便宜而且「環保」,當然這個環保的重點是這種供電方式最後產生的廢物僅僅是水而已,也就是說幾乎不會留下任何容易被偵測出來的痕跡,所以對於匿蹤作業而言,也非常有益。美國陸軍專家甚至表示,當士兵們的尿液充分與電池混合之後,其排出的廢水甚至可以直接被士兵飲用。

相比充電方式,軍方更加期待新的電池

為瞭解決除了層出不窮的充電技術,各國軍隊還將目光放在了研製出效率更高、重量更低的電池上,比如燃料電池。

燃料電池的研發可以追溯到50年前,它已經作為輕型電力源應用到很多軍用裝備中,燃料電池具有吸引力的是其輸出電能高而重量卻相對較小。

同時,燃料(如氫)的化學能轉化為電能的過程中只產生熱和水,而不會釋放出有毒氣體,不會對環境產生不良影響,是種安全的發電手段;與傳統的發電設備相比,燃料電池具有低噪、安全和清潔的特點,而且熱特性較低、燃燒效率高。與攜帶大量電池相比,採用燃料電池可以大大降低負重。

各國軍隊涉及燃料電池的項目也有很多,包括英國「未來步兵士兵技術」單兵系統和陸軍「快速回應系統(FRES)」,美國各種軍事機構(如國防高級研究計畫局和陸軍能源署燃料電池小組)也就「陸地勇士」系統所採用的的便攜式和車載式燃料電池展開了相關調研。

美軍還在探索使用甲醇作為未來的電池能源。MTIMicro燃料電池公司就計畫向美軍提供甲醇燃料電池。該公司的Mobion-30M電池部件加上兩種甲醇燃料,可以滿足一名單兵72小時作戰所需要的電量,相當於9塊BA5590電池,而重量僅為後者的一半。

美軍在積極推進的「未來士兵計畫」一直試圖用高科技將士兵武裝起來,然而包括人體外骨骼在內的裝備,一直受限的也是供電問題,而解決這一問題的兩種方式——更好的發電方式和更好的儲電載體,美軍顯然都在不斷嘗試。

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