2008年5月5日

2個發展中的異想

我相信創新的想法,來自於莫名其妙的想像和奇特的需求。

我有時候會想一些奇怪的想法,並且嘗試找找看有沒有人在做,透過google的幫忙,很容易可以發現,但也同時證明了,全世界人實在太多了,創新的想法,其實別人早就想到了,而且已經研究很久了。

我在去年剛想要做Ad-hoc network時,就想到個問題,在Ad-hoc network上,尤其是Wireless Sensor Network上,省電議題一直是一個大問題。
省電不外乎就是開源跟節流,目前幾乎所有的省電議題,都放在節流上。
事實上,我們在接802.11的wireless AP時,必不可缺的永遠是「網路線」和「電源線」。
如果要做到完全無線,網路線的部份問題很簡單,只需要統統用無線網路即可,但電源呢?

目前所有野放、移動的wireless device,電源的解決方案都是「電池」,頂多加上「太陽能」之類的充電電路。
電池的問題在於,他的電量只會減少,不會增加,增加的辦法就是充電。
現在讓我們以共享的角度來看,網路的部份大家研究很多,透過網路的方式,共享或交換資源,利用資訊共享的方式,讓所有wireless device一起合作,達成許多神奇的事情,這也是我們使用它的(一堆wireless device)重要原因。
但電力呢?電力有沒有辦法共享?假設一堆wireless device,A device的電量多,B device的電量少,偏偏B device所在位置又很重要,我有沒有可能把A device的電力傳給B device,就算中間有損耗,只要能夠讓B device運作更久,它就是有價值的,這樣的想法有可能實現嗎?
接著讓我們更進一步來想,什麼是無線網路?什麼是無線電?
無線網路的基礎,其實就是無線電,根本來說,它跟AM、FM是一樣的東西,差別只在於上面傳的是類比訊息還是數位訊息。
而無線電是什麼?無線電其實和船上用的燈號一樣,我利用振盪器,把電以能量的形式震盪出去(發射出去)(發射機端),另一端用接收器,把震盪出來的電能接收進來(接收震盪能量進來)(接收端),接著判斷這個震盪大小、幅度...等。
由此可以發現,無線電和無線網路,其實就是一種能量傳遞的應用,我們從A device上發出能量,在B device上把能量接收進來,判斷出能量的意義之後,把能量拋棄。
那麼,我們有沒有可能把無線電的信號加強,把接收到的無線電信號,他的電能接到充電電路上回充到電池呢?
其實很有可能,事實上,這樣的電力傳輸機制,MIT已經在研究了,而且研究很多年了,看看如下的介紹:
Goodbye wires... MIT experimentally demonstrates wireless power transfer

中文的介紹:
再見電線... MIT 示範無線電力傳輸

就是這麼回事。

另一個想法是今天早上騎車時想到的,不過也有很多人在進行相關研究了。
現在不斷的講再生能源,再生能源的議題非常重要,而再生能源說到底,其實就是找出各種能量,並嘗試把它轉換成電。
能量其實是很單純的東西,任何的變化其實都是能量的表現,但問題在於,並不是所有變化都能夠被應用。
國外已經有車站、健身中心設計利用人走路,或健身的腳踏車進行發電,而我曾經想過,現代人每天坐在椅子上的時間長的嚇人,如果可以在椅子上安裝發電機,人坐著就能夠發電,那發電量一定很可觀,我把想法跟我爸說,被否定了,其中有個關鍵,那就是沒有動能。
人坐在椅子上,除了椅子承受地心引力和人的重量,在上面安裝類似彈簧這樣的東西,它有可能有動能出現,否則它其實是沒有動能的。
今天早上我則是想到了電腦,電腦是非常偉大的發明,掌握電腦在這個時代非常重要,可是是人都知道,電腦速度越快,消耗的能量越高,發出的熱越嚇人,我其實一直不了解,像美國的M1A2坦克,裡面完全資訊化、電腦化,在沙漠作戰,電腦怎麼散熱的?我估計是靠冷氣機~
有電腦和沒電腦,在根本上是有非常可怕的差異的,舉幾個戰場的例子:
1. 每個士兵攜帶通訊電腦
當每個士兵都攜帶通訊電腦時,你們不用交談就能知道彼此位置,甚至知道敵人位置,這種即時的眼睛資訊非常厲害,當對手還在估算同伴位置時,你已經可以用隊形和技巧繞到他們附近擊殺他們。
2. 炸彈有了電腦
本來炸彈、砲彈的施放,需要根據觀測員觀測目標,調整砲的威力、角度、位置,發射數次後命中目標。但炸彈、砲彈有了電腦之後,利用電腦的快速計算,隨時調整位置和速度,可以做到一次命中。
其他就不提了~

既然電腦這麼重要,卻這麼會發熱,有沒有一勞永逸的辦法?
電腦的熱怎麼產生的?目前怎麼把熱消去的?
以CPU來說,CPU裡面有非常多的電晶體和電路,當電腦不執行時,走A線路,跳過所有電晶體,但是當電腦執行時,走的線路會根據程式,錯綜複雜的變化,經過許多電晶體。
熱,其實就是由電晶體和線路產生的,電流過線路時,一定會產生熱,當經過「很多線路」時,熱一定會很多,同樣的,電流走過電晶體也會產生熱,經過越多的電晶體,產生越多熱。
這些由線路(電線)、電晶體產生的熱,其實就是損耗,舉個簡單的小例子。
假設電源產生100W,實際運作時,CPU吃100W,但是CPU上所有元件總消耗功率只有70W,另外30W就是CPU的損耗,它就會以熱的形式發散出來,熱就是這樣產生的。
那目前把熱消去的辦法其實很單純,就是利用風扇,用風快速的把冷空氣帶進來,把30W的熱帶出去。換句話說,就是利用大自然,把熱帶走(就是把熱拋棄掉)。
那有沒有可能進一步把這個熱拿來利用呢?畢竟這個熱也是能量的一種,而且只要CPU不斷再運作,就會不斷的被產生。
我今天早上騎車時想到,是否能夠把這些熱集中,利用熱空氣上升、冷空氣下降的方式,把整台電腦全部的熱導引到某個地方,然後接上一個小型的壓力鍋,透過不斷產生的熱來加熱它,當壓力到達時,推動小引擎來發電。
不過這作法太複雜了,而且效率感覺並不好。
真正目前被視為有價值的相關研究其實是所謂的「熱電發電」,類似如下:
體熱發電機?

它的原理如下:
超薄熱電模組設立熱電應用全新性能標竿
利用電腦廢熱發電! 熱能轉電能技術
神奇的熱電材料——利用溫差的熱電發電技術

簡單的說,它的發展和太陽能電池有些雷同,有人發現某些金屬導體,當2片金屬導體的溫度差異很大時,會出現電流的變化,反之亦同。
因此目前出現了2種發展:
1. 以這樣的模式,我們加強上面的電流,這樣一來可以讓2片金屬導體的溫度差異更大(一邊更冷、一邊更熱),這樣的東西叫做「致冷片」,目前已經很常見了,例如:
勝特力 - 熱電半導體(致冷片)

2. 以同樣的模式,當溫度差異很大時,我們可以從電流的變化中,慢慢的汲取電流,讓它變成一個小發電機,這種作法就是所謂的「利用溫差的熱電發電技術」,目前還不大容易找到產品(可能商業市場有,零售市場還很難買到),這種作法顯然比我前面提到的想法更好些,這種作法目前是一個再生能源重要的發展之一。

想法很重要,要能想出別人沒想到的想法很難,儘管如此,我認為能夠有些異想仍舊是很重要的,畢竟所有的創意,都是這樣來的,況且以上面我提得來說,雖然都有人提出一樣功能的作法,而且方法更好,但有時候並不代表我的想法就不適用,有可能我的作法也能走出特別的路,適用在特別的場合中。
前面提到的想法乃我想到的,不過我並沒有深究是否已經被提出過了,如果覺得想法很有趣想討論或研究,我們也許可以聊聊,提出時記得把我的大名列出來,讓我也過過發明人的癮。:p

2 則留言:

mkj 提到...

損耗產生熱是一個很大的問題,但是重點不應該只有在於廢熱的回收再利用,更大的重點在於,如何使損耗降的更低,如果可以使用超導技術去做晶片,損耗應該就會少很多了吧.
而且..廢熱更少,那廢熱的回收再利用就變的更加不重要了.....

阿呆 提到...

產生損耗的原因很多,當然盡可能降低損耗是很重要,可是損耗的降低還是有限度的。
這其實總歸納起來,還是開源跟節流2點。
節流當然很重要,但是開源也很重要。
以汽車引擎來說,有渦輪引擎的車子,把渦輪打開在高速的時候可以再加速,車用渦輪是利用引擎產生的廢氣經過加壓後產生能量的,這其實開源的成果。
電腦的熱也是,節流當然重要,但是電腦不斷產生高熱已經是不可避免的情況,在這樣的先決條件下,考慮進一步利用電腦的高熱,我認為是節省能源中,開源的新方向。