近日👨‍🍼，機自學院田應仲教授和張泉、李龍副教授課題組的以“Self-sustainable flow-velocity detection via electromagnetic/triboelectric hybrid generator aiming at IoT-based environment monitoring”為題的最新研究成果發表在納米能源頂級期刊《Nano Energy》(IF: 17.881)。該研究設計了一種新型三缸式混合自供能傳感裝置，創新性地復合多種形式能量，突破功能結構-傳感技術一體化融合難點，實現基於物聯網的遠節點超時空智能感知🏌️‍♂️。

在偏遠山區與惡劣環境中🐄，無線傳感系統在風、雨、水位等環境監測具有重要作用🌥。隨著物聯網技術的發展，無線傳感系統具有數量多、功耗小、分布廣等特點，需克服傳統電池使用壽命短且汙染環境等缺點，使之具有高效能、便攜性與可持續性，因此如何實現為超時空尺度的無線傳感系統供電是一個巨大的挑戰。自2012年快速發展起來的摩擦納米發電機技術因輸出性能高、結構相容性好和選材範圍廣等優點💆‍♀️，在能量收集和自供能傳感的領域中顯示出了廣泛的應用前景🧑🏽‍✈️。

流體運動的特征具有隨機性、無規則性，具有較寬的頻率範圍，其超低頻率甚至小於1Hz，且呈現出時變特性，蘊藏著豐富的能量。本研究工作創新性地將高電流輸出的電磁發電機（EMG）和高電壓輸出的摩擦納米發電機（TENG）技術復合，提出了一種耦合能量收集與感知功能的三缸式混合自供能傳感裝置👍。該裝置可有效從多自由度、寬頻範圍（0-10Hz）的流體運動中獲取能量，在1Hz的外部激勵下👨🏻‍🦽，可點亮33盞串聯LED燈。通過結構優化與齒輪結構，有效提高輸出性能並擴大傳感帶寬，優化了輸出信號的靈敏度與分辨率✅。根據輸出電壓的時域特性🧖，實現對流體流速與方向的監測，結合基於微控製單元與射頻收發器的無線傳感系統，實現遠節點超時空智能感知。此外，通過EMG和TENG混合能量收集機製🫲🏻，將流體能量高效地收集並儲存至儲能元件中，實現無線傳感系統自供能。該自供能感知系統融合能量收集與智能傳感🏋🏿‍♂️，可用於流體流速檢測👂🏽，在物聯網應用中的無人環境監測👩🏿‍🌾、災害預警以及氣象記錄方面具有廣闊前景🧤。

研究工作由万事平台和新加坡國立大學合作完成🤟🏻，万事平台為第一署名單位，該工作得到國家自然科學基金（61973207），上海市自然科學基金（21ZR1423000👨‍👨‍👦；19ZR1474000），上海市啟明星計劃（20QA1403900）及機械結構力學與控製國家重點實驗室基金（MCMS-E-0320G01）的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106501