能量是必不可少的；我們不能沒有它。除了物質(zhì)之外，我們周圍的一切都是能量。我們有什么樣的能量，為什么？

在我們之前的系列文章中，我們分析了俯沖到我們身上的引力波的存在，以及一系列聲音和宇宙射線，即電子和各種粒子，它們?cè)谟钪嫜莼髮?dǎo)航。愛因斯坦的相對(duì)論描述了引力波的物理性質(zhì)。它們帶來能量，非常低的能量值，不像太陽免費(fèi)發(fā)送給我們的光子（量子），無需任何額外費(fèi)用來為我們的房屋供電。太陽本身代表了最重要的無限來源，它使我們能夠使用免費(fèi)電力或收集太陽能來發(fā)電。新的設(shè)計(jì)和制造方法使現(xiàn)代太陽能電池板更實(shí)惠、更高效?；盍κ占占倭康哪芰浚瑸楝F(xiàn)在接近物聯(lián)網(wǎng)的各種小型設(shè)備提供動(dòng)力（物聯(lián)網(wǎng)，即所有連接的東西——智能手機(jī)是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一個(gè)例子）。

今天，我們知道宇宙射線是原子的碎片，例如質(zhì)子（帶正電的粒子）、電子（帶負(fù)電的粒子）和原子核。宇宙射線不斷地降落在地球上，而高能“初級(jí)”射線與地球上層大氣中的原子碰撞而很少到達(dá)地面，而“次級(jí)”粒子則從這種碰撞中噴出并到達(dá)我們身邊。但是當(dāng)這些宇宙射線到達(dá)地球時(shí)，就無法追蹤它們的起源。這是因?yàn)楫?dāng)他們穿越多個(gè)磁場(chǎng)（銀河系、太陽系和地球本身）時(shí)，他們的路徑發(fā)生了變化。科學(xué)家們正試圖通過觀察它們的成分來追蹤這些宇宙射線的起源。

新能源的需求一直是熱門話題。如今，隨著減少對(duì)化石燃料來源的依賴的需求日益增長，這一點(diǎn)變得更加重要。能量收集是近期的創(chuàng)新“電源”。

能量存在于我們周圍，既可以作為人工源（參見移動(dòng)射頻源），也可以作為自然源，例如以光子或亞原子粒子形式存在的太陽輻射。能量收集是一種用于從環(huán)境中收集能量并隨后將其轉(zhuǎn)化為電能或電能的技術(shù)。這種轉(zhuǎn)換利用了各種能源，包括光、熱和振動(dòng)源。光電、熱電、壓電和電動(dòng)技術(shù)是眾所周知的，通常用于為無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN) 傳感節(jié)點(diǎn)供電，這些節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)內(nèi)的中央控制器。能量收集技術(shù)可用于提高工業(yè)系統(tǒng)的可靠性和可用性。在這些工業(yè)背景下，可能是機(jī)器本身提供了“內(nèi)在”能源，例如熱量和振動(dòng)。例如，熱電發(fā)電機(jī) (TEG) 可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)與環(huán)境之間的溫差（在某些情況下低至 10°C）來提供為無線傳感器供電所需的能量。無論使用何種能量收集技術(shù)，傳感器都可以為機(jī)器健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供關(guān)鍵輸入，但它也可以是控制系統(tǒng)中易于安裝的反饋元件（無需接線）。

用于醫(yī)療用途的可穿戴設(shè)備是能夠檢測(cè)、存儲(chǔ)和傳輸重要參數(shù)（例如，心率、氧飽和度和呼吸頻率）的設(shè)備。這些參數(shù)是實(shí)時(shí)測(cè)量的，并指示何時(shí)超過某些關(guān)鍵閾值。能量收集解決方案被設(shè)計(jì)為電池的輔助電源，或作為可穿戴設(shè)備永久使用的獨(dú)立電源，不受功耗限制。

讓我們嘗試分析一些來源，或者至少是一些用于能量收集的技術(shù)，讓我們從最常見的一種開始，太陽能。

審核編輯 黃昊宇