王中林教授是美国佐治亚理工学院纳米结构表征中心主任。1998年，他发明了世界上最小的、可以秤取单个病毒质量的“纳米秤”。2000年，他又报道了纳米带结构的发现和合成。他曾在1999年荣获美国显微镜学会巴顿奖章。本文由王中林教授用英文写作，发表于《科学美国人》。随后，又亲笔翻译成中文。在翻译过程中，他根据研究的最新进展，对原文进行了补充。

    撰文 王中林（Zhong Lin Wang）

    人类一直有一个梦想，就是让设备自动从周围环境中获取能量。早在20世纪20年代，制造商就设计出了一种手表，能够利用胳膊摆动产生的机械能自动上紧发条。

    为了给纳米尺度（十亿分之一米）的微小器件提供电能，我们开始设计体积更小的能量转换器——纳米发电机（nanogenerator）。随着电源的不断微型化，科学技术上许许多多的梦想将成为现实。也许在不久的将来，我们就能够看到可植入人体、不间断监视血糖变化的生物传感器，能自动感应建筑物（如桥梁）应力变化的检测传感器，和用于监测环境中各种毒素的探测器等等。所有这些仪器都可以从环境中自动获取能量，而不需要电池供电。

    在纳米机器人、活体生物、医学检测技术、微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，缩写为MEMS）、国土安全和便携式个人电子产品等方面，能源都不可或缺。比如在军事领域，某些高技术监视设备需要安置在不易接近并能够很好隐藏的地方，这些地方常常处于多尘、潮湿、昏暗等极端条件下，或是在浓密的丛林里，无法获取足够的太阳能。因此，我们必须寻找一种电源来驱动纳米传感器，但又不至于增加太多重量。这些微小的发电机一旦研制成功，应用前景将非常广阔。

    研究人员正通过不同的途径，设计可在微小尺度上产生电能的装置。周围环境里有各种各样的能量供我们开发利用，例如随机振动或运动动能（例如在靠近公路的地方）、温度梯度势能（例如在数米深的地下，温度相对恒定）、生物化学能，以及超声波，甚至声波噪音等外部能源。

    这些小尺度纳米器件有一项关键优势：能耗极低，仅有纳瓦（十亿分之一瓦）到微瓦量级（一百万分之一瓦）。纳米发电机能够输出这一量级的电能，可以用来驱动各种纳米器件。人体可提供多种潜在能量：机械能、热能、振动能、化学能（以葡萄糖的形式提供）和循环系统的液压能。将这些能源转变为电能，即使很少一部分，也足够驱动多个纳米器件了。