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鞋垫发电、尿液充电,为了给更多的电子设备供电,美军脑洞大开搞发明

网络 2020-02-20

大数据文摘出品

作者:赵吉克、曹培信

美军号称武装到牙齿,看到上面这张图,不禁让人感慨,这装备,有钱真好。

但是这一头的装备,在实际使用中会面临一个尴尬的问题——供电

我们可以看到,照片中的夜视仪、盔灯和送话器(连接的单兵电台),都需要电池,这还仅仅是头盔,其余的像手持GPS、激光测距仪、步枪挂载的激光指示器、敌我识别信号灯、各种电台和智能终端等等,都需要大大小小的电池来供电。

据美国陆军研究实验室说,在阿富汗执行一个正常的72小时任务,一名军人维持自身电子装备运作所携带的电池多达70块。

并且这些电池非常重,比如一块用于无线电台AN/PRC-117的电池重就有1.8公斤,然而一块这样的电池其实用不了多久,如果要满足作战需求,平均每个士兵需要携带的电池可能达到9公斤。

另外这样的电池还相当昂贵,一个步兵营每年在电池上的支出超过15万美元,昂贵的代价让美军也流下了贫穷的眼泪,毕竟这年头,地主家也没有余粮。

于是,解决越来越复杂的士兵系统的供电问题,成为了美军的一道难题,这几年陆军的一些研究机构也出现了不少试图解决这一问题的方案。

靠走路发电的鞋底,还能定位

据《陆军时报》报道,近期美国陆军正与Robotic Research公司合作设计一款内置传感器的鞋底,这样佩戴者每走一步,鞋底就能发电。

具体来说,就是当一名士兵的脚后跟向下推鞋底时,力会撞击一个微型旋转水平结构,带动一个小型发电机发电。

美国陆军C5ISR中心的机械工程师Nathan Sharpes是这项专利的发明人,他说:“我们在战斗靴后跟内底嵌入了一种能量收集装置,这样当士兵的鞋跟受到撞击时,它就会激活发电机,发电机旋转产生能量。”

这项技术不仅能提供动力,还能让指挥官在没有GPS的环境下追踪士兵。参与这个项目的Robotic Research LLC是一家行业领先的自动化和机器人技术供应商,最近该公司从美国陆军获得了一份价值1650万美元的合同,将使用自研的WarLoc的技术来研发这种装置。

步行一小时,充电4个手机的裤子

通过步行来充电并不是最近才有的创意,早在2016年,美国海军陆战队就在测试一种可以随时提供动力的新裤子——“PowerWalk”,这种装置重量很轻,安装在腿上后能从行走的自然动作中获取能量。

这个设备的工作原理是用一个齿轮箱将膝盖的转速转换成更高的转速,而发电机则将机械动力转换成电能,然后,一个“先进的电力转换”电路将电能充进锂离子或镍氢电池。

根据测试,用户佩戴该设备时可以10到12瓦的效率发电,步行一小时后,就可以产生足够给4部智能手机充电的电量。

纳蒂克士兵研究、发展和工程中心的美国陆军系统工程师Noel Soto说:“如果一名士兵能够通过可穿戴的能量收集设备产生能量,这意味着我们不仅可以减轻他的负重,还可以减少部队对后勤补给的依赖,使我们能够延长任务的持续时间和有效性。”

尿液充电,排出来的水甚至还能喝

如果说上面的技术能够解决走路充电的问题,那么如果是需要长时间潜伏的侦察兵或者狙击手呢?

一个偶然的发现似乎能解决这一问题。在阿伯丁试验场的阿伯丁实验室中,研究人员发现一种铝基粉末开始在与水接触后会释放出氢气,在氢燃料电池中,氢可以分解为质子和电子,质子穿过薄膜,在电路的另一端产生正电荷,电子穿过电路,为用电设备供电。

这种粉末是一种“结构稳定的铝基纳米锌合金”,阿伯丁试验基地的陆军研究实验室的材料科学家阿尼特·基里博士表示,“利用产生的氢气,美国士兵可以做到‘按需发电’,这对于单兵装备的供电而言是非常有用的”。

更重要的是,这种供电方式很便宜而且“环保”,当然这个环保的重点是这种供电方式最后产生的废物仅仅是水而已,也就是说几乎不会留下任何容易被侦测出来的痕迹,所以对于匿踪作业而言,也非常有益。美国陆军专家甚至表示,当士兵们的尿液充分与电池混合之后,其排出的废水甚至可以直接被士兵饮用。

相比充电方式,军方更加期待新的电池

为了解决除了层出不穷的充电技术,各国军队还将目光放在了研制出效率更高、重量更低的电池上,比如燃料电池。

燃料电池的研发可以追溯到50年前,它已经作为轻型电力源应用到很多军用装备中,燃料电池具有吸引力的是其输出电能高而重量却相对较小。

同时,燃料(如氢)的化学能转化为电能的过程中只产生热和水,而不会释放出有毒气体,不会对环境产生不良影响,是种安全的发电手段;与传统的发电设备相比,燃料电池具有低噪、安全和清洁的特点,而且热特性较低、燃烧效率高。与携带大量电池相比,采用燃料电池可以大大降低负重。

各国军队涉及燃料电池的项目也有很多,包括英国“未来步兵士兵技术”单兵系统和陆军“快速响应系统(FRES)”,美国各种军事机构(如国防高级研究计划局和陆军能源署燃料电池小组)也就“陆地勇士”系统所采用的的便携式和车载式燃料电池展开了相关调研。

美军还在探索使用甲醇作为未来的电池能源。MTIMicro燃料电池公司就计划向美军提供甲醇燃料电池。该公司的Mobion-30M电池部件加上两种甲醇燃料,可以满足一名单兵72小时作战所需要的电量,相当于9块BA5590电池,而重量仅为后者的一半。

美军在积极推进的“未来士兵计划”一直试图用高科技将士兵武装起来,然而包括人体外骨骼在内的装备,一直受限的也是供电问题,而解决这一问题的两种方式——更好的发电方式和更好的储电载体,美军显然都在不断尝试。



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