想象一下物联网由身体热量驱动的世界

Matrix Industries的新型热电发电机已经可以为智能手表提供动力。现在该公司希望采用更多物联网设备。如果那里的所有物联网(IoT)设备都可以使用来自使用它们的人的体温来为自己提供电力怎么办?能量收集通常被讨论为为物联网设备供电的创新解决方案。该想法是从周围环境的设备(例如佩戴智能手表的人的体温)产生电力。然而，人体与其周围环境之间产生的小温差产生的电压非常小，这一事实构成了真正的挑战。

总部位于加利福尼亚州门罗克斯工业公司的Menlo Park正在直接解决这一挑战。该公司自2011年以来一直生产热电发电机(TEG)，最近开发出一种新型电路，能够在温度差小于1K(大约-458华氏度)时收集能量。

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TEG是半导体器件，可以根据Peltier或Seeback效应将温差转换为电能，反之亦然。虽然TEG本身并不是一个新概念，但Matrix开发了一种具有电路拓扑结构的TEG，可以在低于10 mV的电压水平下实现能量传输 - 以前认为这些电平太低而无法被认为是有用的。该电路允许在非常小的温差下产生热电。

最新突破的荣誉归功于奥地利博士生Harald Dillersberger，此后他作为首席电子设计工程师加入公司，并将在即将举行的2019年波士顿嵌入式系统大会(ESC)上发表讲话。

那么这些TEG产生的功率有多大?Matrix CTO和联合创始人Douglas Tham告诉“设计新闻”说：“使用低电阻模块，你可以得到几十微瓦。”听起来不是很多，但有很多应用只需要那么多例如，模拟手表只消耗几微瓦。物联网蓝牙信标现在降至10-20微瓦左右。即使是监控农业的物联网设备，每隔几个小时也只能传输一次，你可以真正切割大幅降低功耗。“

捕获和利用这种低电压水平的能力是坚实的工程和创新相结合的结果。Tham指出，理想的热电材料既可以是良好的导电材料，也可以是导热性差的导热材料。据该公司称，Matrix公司专有的热电材料Gemini将铜等材料的导电性与玻璃纤维的绝缘性相结合，效率比传统热电材料高30%。

双子座利用“纳米孔”，一种“大块纳米结构材料”的方式，以适当的方式插入数十亿个孔，以“减慢热量流动而不阻碍电流，”Tham解释说。

Matrix将材料排列成可以打开和关闭的纳米结构或“块”。这是研究人员长期以来一直努力做的事情，并且在启动电压和效率方面都具有优势。这就是Tham所说的Matrix's TEG的“特殊酱”。“当你不需要阻挡时，你不希望阻挡它们。本发明是你如何关闭这个块，“Tham说。

只需将配备此功能的TEG模块放在手腕上即可产生足够的电力为智能手表供电。意识到这个机会，Matrix推出了一项成功的Indiegogo活动，推出了Matrix PowerWatch，这是一款完全由体热驱动的智能手表。

为了使PowerWatch成为可能，Dillersberger早期原型所展示的功能必须小型化并且能够在非常低的电压下工作，这是现成组件无法做到的。这就是与Cactus Semiconductor(现在是Cirtec Medical的一部分)合作的地方。

Cactus是一家低功耗混合信号专用集成电路(ASIC)供应商，能够将所有电路和电源管理功能(变压器除外)整合到一个微小的定制芯片中。据Cactus称，该芯片可用作能量收集接口，几乎不需要任何电源。

虽然PowerWatch是Matrix的成功副业，但主要关注的是更广泛的物联网设备，许多传感器和发射器都将受益于自发电的能力。

同时，Matrix认识到这些设备可能在温度差异不可靠的地方需要电源。作为解决这一问题的一个例子，即将推出的Powerwatch 2将通过增加一个太阳能电池来整合和管理多个电源。“对于物联网类型的设备来说，这对你来说是一个非常重要的设备，你现在是一个无处不在的传感器节点，”Tham说。“如果你有热量，使用热量;如果你有光，使用光线;如果你有动作，使用动作。这样你就有了一个可以肯定会在99%的情况下工作的设备。“

与此同时，围绕对可持续能源需求的更大规模挑战并未在Tham上失去。将热电装置用于能源回收和可再生能源以及地热资源是他们非常关注的事情。虽然现在讨论还为时尚早，Tham表示Matrix正在研究模块，“用于离网，小众应用”这需要能够产生数百瓦的TEG。

RP Siegel，PE，拥有机械工程硕士学位，在施乐公司研发工作了20年。这位发明家拥有50项专利，现在是一名全职作家，RP在技术与社会的交叉领域找到了自己的主要兴趣。他的作品出现在多个消费者和工业界，他还合着了生态惊悚片Vapor Trails。