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摩擦纳米发电机在智能鞋中的应用研究 [转载]
作者:知社学术圈 发表时间:2019-03-26 阅读次数:121

可穿戴式智能设备是应用如今高速发展的电子技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称,如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。随着计算机标准化软硬件以及互联网技术的高速发展,可穿戴式智能设备的形态也变得多样化,如iwatch,智能手环,谷歌眼镜,SONY头盔显示器,智能衣服等,并逐渐在工业、医疗、军事、教育、娱乐等诸多领域表现出重要的研究价值和应用潜力。而利用可穿戴式设备对人体进行健康监测是重要热点之一,如各类智能手环、智能手表等。   

但有碍于可穿戴式设备进一步发展的核心问题即是频繁的充电!解决这类耗电量不高,但个体数量极其庞大的智能设备供电问题,最有效的途径被认为是从环境中获取能量。

以王中林院士提出的纳米发电机和自驱动微纳系统技术(同时也是北京纳米能源与系统研究所的核心技术)为基础,研制自供电智能鞋。下图展示了一款自驱动智能鞋的实验室模型。在人体行走过程中,动能被纳米发电机收集,转化为电能,可以为装备在鞋上的各类电子器件供电,包括计步器、LED夜跑灯、温度检测器以及GPS定位装置等。这一成果发表在 Nano Research上,该论文作者为:Long Liu, Wei Tang(共同一作), Chaoran Deng, Baodong Chen, Kai Han, Wei Zhong and Zhong Lin Wang* (Nano Research, https://doi.org/10.1007/s12274-018-1978-z)。

近期,基于纳米发电机的自驱动发光套装和传感套装已成功面市,象征着在学术领域凝聚了一大批科研工作者智慧结晶的纳米发电技术成功实现了产业转化,为新时代的自驱动智能可穿戴装备的发展迈出了坚实的第一步。

 在上述基础上,研究团队持续创新,进一步研发了基于纳米发电机的实时足压监测鞋垫(如下图)。与心率、脉搏等生理信号一样,足底压力分布状态也是重要的生理信号,特别是足跟、中足外侧以及跖骨等许多区域的压力值,都是诊断疾病、预防足底损伤的重要医学指征。传统的足底压力监测系统,或者由于测试板体积庞大、不便穿戴测量,或者受限于功耗和电池的寿命,不能实现长时间连续监测。因此,研发团队利用自驱动的纳米发电机作为传感点位,大大降低了器件功耗,并进一步用纳米发电机作为能源,为传感系统的数据采集、数据处理和蓝牙发送提供电力,实现了包含几十个关键力点的实时数据采集和成像,并可在手机APP中随时查看。这一成果发表在 Advanced Functional Materials上,该论文作者为:Chaoran Deng, Wei Tang(共同一作), Long Liu, Baodong Chen, Meicheng Li, and Zhong Lin Wang* (Adv Funct Mater. 2018, 28(23), 201801606)

未来几年,在纳米发电技术的带动下,智能鞋以及相关的可穿戴智能设备将飞速发展,迎来一个自驱动的新时代,应用范围将涵盖大健康监测、康复理疗等等方面,最终实现高新科学技术回馈社会,回馈人民。

 

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