如果評價荷蘭發明者 Janjaap Ruijssenaars 通過不穩定物體搖擺機制把重力轉化為能量？

Dutch architect Janjaap Ruijssenaars (Universe Architecture) has developed a new technique to generate free energy in a sustainable way at home. Ruijssenaars mechanism, whereby energy is released by perpetually unbalancing a weight, offers an alternative to solar and wind technology. The technique is now patent-pending.

荷蘭建築師Janjaap Ruijssenaars發明了一種可持續的發電新技術，即通過不穩定重物搖擺機制來轉化重力勢能為電能。這為人類在太陽能和風能之外提供了另一種選擇。這個技術目前正在申請專利。

https://www.youtube.com/watch?v=SN-Fr3VMV1I?

www.youtube.com

Youtube解釋視頻。

https://www.youtube.com/watch?v=iYHgyJgNMps?

www.youtube.com

1分26秒：

只需要輕輕吹一口氣，發的電就足夠點亮供人閱讀的燈光。

感覺有點一類永動機的樣子。。然而這個系統是需要能量輸入的，不過，只是很小的能量輸入，就能產生較大的持續的電流輸出。

首先這顯然不是永動機。

這個的原理其實是壓電效應，就是 Piezoelectricity。

所謂的壓電效應，就是某些材料，比如石英，在受到外界壓力擠壓變形的時候，能夠產生電流。

換言之，就是材料本身可以自動把機械能轉化成電能。

比如這是維基上的示意圖

zh.m.wikipedia.org

施加外力擠壓材料，連在材料上的電壓表的讀數就會變化，材料變成了能供電的電池，機械能轉化成了電能。

這個壓電效應的應用主要有兩種，一種是測量，一種是發電。

測量的意思就是說，我們可以利用這個壓電原理來測量外力的大小。

比如說，要測量重力的大小，就像體重秤或者菜市場用的磅秤，傳統的一般是用彈簧秤的原理，重力越大，彈簧變形越大，通過測量彈簧長度的變化，就能反推出重力的大小。

現在呢，我們有了壓電材料，比如你買的家裡的體重秤，有些可能就是壓電陶瓷的，你站上去，壓電陶瓷被你的體重擠壓變形，繼而產生了電流。簡單理解，體重越大，電流越強，通過測量電流，就能反推出重力的大小。

跟傳統的彈簧秤原理相比，壓電材料的反應速度更快。也就是說如果外力變化的特別快，或者外力以極高的頻率做周期性變化，比如航空航天、爆炸、高速撞擊等等，那麼彈簧秤就不好用了，因為彈簧需要彈簧自身的機械變形，而自身的機械變形可能跟不上外力變化的速度，就是俗稱的趕不上趟了。這時候就是壓電材料的用武之地，市面上有很多專門做壓電材料測量力的儀器的公司，比如 PCB 等等。

另一種用途是發電。很簡單，一塊壓電材料放在地上，我踩上去，我的重力擠壓材料，材料就會產生電流，這不就是在發電么？

這種用途一般叫 energy harvest，就是能源收集和採集。因為我走路產生的對地面的壓力，本來完全是無用的，但如果地面是壓電材料做的，那麼我走路產生的對地面的壓力就能轉化成電能了。

有的看官可能就說了，這不就是無中生有嗎？本來沒有的能量從哪裡來的呢？

其實並不是無中生有，能量還是守恆的，舉個簡單的例子，你在平整堅實的混凝土路面上走路，跟在泥濘的鄉間土路上走路，感受是不一樣的，疲勞程度也不一樣。因為地面的材料不同，所以力反饋也不同，所以事實上你走路消耗的能量也不一樣。

同樣的道理，在水泥路面上走路，跟在壓電材料的路面上走路，你消耗的能量也不一樣。多消耗的那一點點能量，就是壓電材料發電的能量來源。只是因為多消耗的能量非常少，你根本覺察不到。

這位看官又說了，既然這麼好，為什麼不大規模推廣？讓大家的走路都能發電？

這就跟太陽能一樣，既然太陽能發電那麼好，為什麼不把能放的地方都放上太陽能電池板？

因為成本太高唄。現階段的壓電材料的成本沒有成熟到能夠大規模商業化發電的程度。

說回這個問題，這個發明其實就是一種 energy harvest 的裝置。只不過它不是順帶著收集大家走路的機械能，而是需要特意引入機械能。

雖然這個發明看上去很複雜，但原理其實並不難。

一個單擺，上面一個重物，下面一個轉軸，自由地來回擺動。就類似我們把一把鋼尺插進地上，然後一彈尺子，它就會來回震動一樣。或者就像不倒翁，細節不一樣，但原理是一樣的，都是因為重心的改變而自由振動。

現在呢，我在這個單擺底下放兩個壓電材料，擺動到左邊，把左邊的壓電材料壓下去，發一下電，又擺動到右邊，把右邊的壓電材料壓下去，發一下電……

原理就是這麼簡單。

仔細想一想，這跟人在壓電材料上面走路一樣，能量並不是無中生有的，而是這個擺動系統額外付出的。

換言之，沒有這兩個壓電材料，這個單擺能自己擺一百下才最終停下來。有了這倆壓電材料，每次擺動都要稍微壓一下這個壓電材料，這個單擺自己擺個五十下可能就停了。

也就是說，增加的壓電材料其實可以看作是增加了系統的阻尼。簡單理解，就是單擺自己擺動的阻力更大了，所以更容易停下來了。

沒有壓電材料的單擺，如果轉軸的摩擦力很小的話，基本就像上圖左邊，可以自己擺動好多好多下。增加了壓電材料的單擺，就像上圖右邊，每擺動一次，摁壓一次壓電材料，就會把一部分能量傳給壓電材料，所以自己的能量越來越少，可能很快就會停下來，擺不動了。

當然我並不是說這個發明不好或者腦殘。跟已經大規模商業化應用的測量用途相比，壓電材料的發電用途還在研究階段，各種設計和發明都還在驗證階段。只有足夠多的嘗試，才有可能從中找出真的可行的方案。