主要功能是将动能转化为电能。通过将压电元件集成到鞋底，行走或跑步引起的机械变形转化为持续的能源。这使得鞋子能够为低功耗组件自供电，从而显著减少对外部充电或传统电池的依赖。
核心见解：最终目标是运行自主性。通过从运动中收集能量，智能鞋履变得自给自足，确保关键传感器即使在无法更换电池的偏远或战术环境中也能保持运行。
能量转换机制
要理解这项技术的实用性，首先必须了解能量捕获的基本机制。
将应力转化为电荷
该系统依赖于特定的压电材料，例如锆钛酸铅 (PZT) 或铌酸锂 (LiNbO3)。这些材料充当鞋子结构内的能量转换介质。
变形的作用
当穿着者行走或跑步时，他们的体重会对鞋底施加机械应力。这种压力导致嵌入式压电材料内的晶体结构发生移动。
通过 4D 打印集成
这种物理移动会产生电荷。通过4D 打印技术，这些材料被集成到柔性鞋垫中，形成一个无缝的系统，将每一步都转化为可用电脉冲。
实现系统自主性
这项集成的深层价值不仅仅在于创造电力，还在于改变可穿戴技术在现场的部署方式。
为低功耗传感器供电
产生的电力专门针对低功耗传感器。主要应用包括为计步器跟踪运动或温度计监测环境条件供电。
减少对电池的依赖
在长距离战术训练或野外探险等场景中，无法接入电网。能量收集有效地减少了对有限电池储备的依赖。
实时健康监测
除了基本指标外，这种持续的电源还可以实现足部健康的实时监测。传感器可以自主运行以跟踪生理数据，而不会出现突然断电的风险。
理解权衡
虽然能量收集提供了自主性，但认识到当前技术的固有局限性至关重要。
有限的功率输出
该系统专为低功耗应用而设计。从行走中收集的能量足以满足基本传感器的需求，但通常不足以驱动 GPS 无线电或高分辨率显示器等高功耗设备。
依赖运动
电源取决于活动。如果用户静止不动，则停止发电，这意味着系统仍需要一个小电池或电容器来存储空闲期间的电荷。
为您的目标做出正确的选择
在评估智能鞋履技术时，请将压电收集的能力与您的具体操作要求相结合。
- 如果您的主要重点是延长自主性：优先选择集成收集系统，以延长野外或战术环境中关键传感器的使用寿命。
- 如果您的主要重点是健康分析：利用这项技术确保计步器和足部健康监测器的数据收集不间断，而无需频繁充电。
真正的智能鞋履不仅仅是测量活动；而是利用该活动来维持其自身的智能。
总结表：
| 特征 | 描述 | 关键优势 |
|---|---|---|
| 能源 | 行走/跑步产生的动能 | 持续、可再生能源 |
| 转换介质 | 压电材料 (PZT/LiNbO3) | 高效的应力-电荷转换 |
| 目标组件 | 低功耗传感器 (计步器等) | 实时、自主监测 |
| 使用的技术 | 4D 打印和柔性鞋垫 | 无缝集成到鞋履中 |
| 主要目标 | 运行自主性 | 减少对外部充电的依赖 |
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参考文献
- Aleksandra Ivanoska-Dacikj, Bruno Mougin. Smart textiles: Paving the way to sustainability. DOI: 10.20450/mjcce.2024.2821
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
