首先这显然不是永动机。

这个的原理其实是压电效应，就是 Piezoelectricity。

所谓的压电效应，就是某些材料，比如石英，在受到外界压力挤压变形的时候，能够产生电流。

换言之，就是材料本身可以自动把机械能转化成电能。

比如这是维基上的示意图

https://zh.m.wikipedia.org/wiki/File:SchemaPiezo.gif

施加外力挤压材料，连在材料上的电压表的读数就会变化，材料变成了能供电的电池，机械能转化成了电能。

这个压电效应的应用主要有两种，一种是测量，一种是发电。

测量的意思就是说，我们可以利用这个压电原理来测量外力的大小。

比如说，要测量重力的大小，就像体重秤或者菜市场用的磅秤，传统的一般是用弹簧秤的原理，重力越大，弹簧变形越大，通过测量弹簧长度的变化，就能反推出重力的大小。

现在呢，我们有了压电材料，比如你买的家里的体重秤，有些可能就是压电陶瓷的，你站上去，压电陶瓷被你的体重挤压变形，继而产生了电流。简单理解，体重越大，电流越强，通过测量电流，就能反推出重力的大小。

跟传统的弹簧秤原理相比，压电材料的反应速度更快。也就是说如果外力变化的特别快，或者外力以极高的频率做周期性变化，比如航空航天、爆炸、高速撞击等等，那么弹簧秤就不好用了，因为弹簧需要弹簧自身的机械变形，而自身的机械变形可能跟不上外力变化的速度，就是俗称的赶不上趟了。这时候就是压电材料的用武之地，市面上有很多专门做压电材料测量力的仪器的公司，比如 PCB 等等。

另一种用途是发电。很简单，一块压电材料放在地上，我踩上去，我的重力挤压材料，材料就会产生电流，这不就是在发电么？

这种用途一般叫 energy harvest，就是能源收集和采集。因为我走路产生的对地面的压力，本来完全是无用的，但如果地面是压电材料做的，那么我走路产生的对地面的压力就能转化成电能了。

有的看官可能就说了，这不就是无中生有吗？本来没有的能量从哪里来的呢？

其实并不是无中生有，能量还是守恒的，举个简单的例子，你在平整坚实的混凝土路面上走路，跟在泥泞的乡间土路上走路，感受是不一样的，疲劳程度也不一样。因为地面的材料不同，所以力反馈也不同，所以事实上你走路消耗的能量也不一样。

同样的道理，在水泥路面上走路，跟在压电材料的路面上走路，你消耗的能量也不一样。多消耗的那一点点能量，就是压电材料发电的能量来源。只是因为多消耗的能量非常少，你根本觉察不到。

这位看官又说了，既然这么好，为什么不大规模推广？让大家的走路都能发电？

这就跟太阳能一样，既然太阳能发电那么好，为什么不把能放的地方都放上太阳能电池板？

因为成本太高呗。现阶段的压电材料的成本没有成熟到能够大规模商业化发电的程度。

说回这个问题，这个发明其实就是一种 energy harvest 的装置。只不过它不是顺带着收集大家走路的机械能，而是需要特意引入机械能。

虽然这个发明看上去很复杂，但原理其实并不难。

一个单摆，上面一个重物，下面一个转轴，自由地来回摆动。就类似我们把一把钢尺插进地上，然后一弹尺子，它就会来回震动一样。或者就像不倒翁，细节不一样，但原理是一样的，都是因为重心的改变而自由振动。

现在呢，我在这个单摆底下放两个压电材料，摆动到左边，把左边的压电材料压下去，发一下电，又摆动到右边，把右边的压电材料压下去，发一下电……

原理就是这么简单。

仔细想一想，这跟人在压电材料上面走路一样，能量并不是无中生有的，而是这个摆动系统额外付出的。

换言之，没有这两个压电材料，这个单摆能自己摆一百下才最终停下来。有了这俩压电材料，每次摆动都要稍微压一下这个压电材料，这个单摆自己摆个五十下可能就停了。

也就是说，增加的压电材料其实可以看作是增加了系统的阻尼。简单理解，就是单摆自己摆动的阻力更大了，所以更容易停下来了。

没有压电材料的单摆，如果转轴的摩擦力很小的话，基本就像上图左边，可以自己摆动好多好多下。增加了压电材料的单摆，就像上图右边，每摆动一次，摁压一次压电材料，就会把一部分能量传给压电材料，所以自己的能量越来越少，可能很快就会停下来，摆不动了。

当然我并不是说这个发明不好或者脑残。跟已经大规模商业化应用的测量用途相比，压电材料的发电用途还在研究阶段，各种设计和发明都还在验证阶段。只有足够多的尝试，才有可能从中找出真的可行的方案。

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：猪小宝

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