香港訊 9月27日，記者從香港中文大學(xué)獲悉，中大機(jī)械與自動化工程學(xué)系的研究團(tuán)隊(duì)最近研發(fā)了一款可自行驅(qū)動的無線傳感電子貼紙（SWISE），它能夠?qū)⑹种篙p觸薄膜的能量轉(zhuǎn)化為電磁波信號，毋須電池或電線，即可實(shí)現(xiàn)無線傳感技術(shù)，并具有可屈曲、超輕薄、可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，有望革新智慧傳感及遙控技術(shù)。相關(guān)研究成果于國際知名期刊《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）刊登。研究團(tuán)隊(duì)下一步將與科技企業(yè)合作，將相關(guān)智能產(chǎn)品推出市場。

此外，團(tuán)隊(duì)亦研發(fā)出一款新型摩擦納米發(fā)電機(jī)，其功率遠(yuǎn)超過往研究，有望足夠推動家用電器運(yùn)作，提供另類可再生能源選項(xiàng)。

【無線傳感電子貼紙集供電、傳感、訊號傳輸功能于一身，革新智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)】

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是構(gòu)建智慧城市的關(guān)鍵，當(dāng)中傳感器擔(dān)當(dāng)著物聯(lián)網(wǎng)的眼睛和耳朵，負(fù)責(zé)收集物理參數(shù)，例如溫度、壓力、速度等，并轉(zhuǎn)換為電子信號，供系統(tǒng)分析。研究人員預(yù)測，在未來數(shù)年將會有數(shù)以億萬個傳感器投入應(yīng)用，形成物理信息感知網(wǎng)絡(luò)。然而，傳統(tǒng)的無線傳感技術(shù)分別由傳感、信號調(diào)制、無線傳輸、供能與能量管理，共四個模塊組成，其體積、柔性、能源消耗、成本等問題，限制了無線傳感技術(shù)的普及應(yīng)用，亦加重維修成本及難度。

由中大機(jī)械與自動化工程學(xué)系助理教授訾云龍教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，利用智能物料設(shè)計(jì)了一款電子貼紙SWISE，將傳統(tǒng)無線傳感系統(tǒng)所需的四個模塊合而為一。SWISE是一塊柔軟、可屈曲的電子薄膜（最薄只有95微米，不足兩條頭發(fā)寬度），利用納米摩擦發(fā)電技術(shù)，在放電過程產(chǎn)生位移電流，達(dá)至自行驅(qū)動的無線傳感。

SWISE共有三層，中間為有兩個電極的金屬薄膜，外面則分別由摩擦起電層及基底層組成。當(dāng)手指劃過電子貼紙表面的摩擦起電層時會產(chǎn)生摩擦電，并觸發(fā)放電效應(yīng)，將手指動能轉(zhuǎn)化為電磁信號。實(shí)驗(yàn)證明，該電磁信號能在無外來供電下完成遠(yuǎn)距離傳輸（最長可達(dá)30米）。

傳感器一般會配備多點(diǎn)傳感功能，并具有發(fā)放不同特征及頻譜信號的功能，以適應(yīng)智能城市中的不同應(yīng)用場景。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了具有不同參數(shù)的器件，例如透過改變金屬薄膜的電感，令SWISE可產(chǎn)生不同特征和頻譜的信號，得以擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。例如，在影片1及2中展示的無線柔性鍵盤及智能手環(huán)，可分別傳送1、2、3、4四個不同信號；將來亦有望應(yīng)用在智能衣服、機(jī)械人技術(shù)、醫(yī)療、人機(jī)接口、體域傳感器網(wǎng)絡(luò)及虛擬現(xiàn)實(shí)等多方面。

此外，研究團(tuán)隊(duì)正探討SWISE用于偵測氣體方面的潛力。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬薄膜兩極之間的氣體成份不同，經(jīng)位移電流產(chǎn)生的電磁信號頻譜會有輕微分別。通過人工智能及深度學(xué)習(xí)技術(shù)，他們成功區(qū)分出十個不同氣體成分及濃度組合（包括氬氣、二氧化碳、氦氣、氮?dú)饧耙话憧諝猓┑男盘柼卣?，識別準(zhǔn)確度達(dá)98.5%。

訾云龍教授表示，研究團(tuán)隊(duì)反復(fù)測試了SWISE傳感系統(tǒng)及其應(yīng)用，如無線柔性鍵盤及智能手環(huán)，結(jié)果充分反映它在無線傳感及遙控具備巨大的應(yīng)用潛力，將有望革新智慧傳感及遙控技術(shù)，進(jìn)一步推動香港智慧城市發(fā)展。

本次研究團(tuán)隊(duì)還包括騰訊機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（Robotics X）戴媛博士及其團(tuán)隊(duì)、香港城市大學(xué)于欣格博士團(tuán)隊(duì)，及中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士。

【高功率反向電荷增強(qiáng)型類晶體管摩擦納米發(fā)電機(jī)】

SWISE利用摩擦納米發(fā)電技術(shù)，在放電過程產(chǎn)生位移電流。這種技術(shù)除了透過直接接觸發(fā)電，亦能夠透過收集環(huán)境中的機(jī)械運(yùn)動，例如海浪、風(fēng)、雨滴及生物運(yùn)動等發(fā)電。然而，摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）的輸出功率有限，無法推動如小型電器等大功率電子設(shè)備，主要兩大限制為低電荷轉(zhuǎn)移及高輸出阻抗。

最近，訾教授及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)了反向電荷增強(qiáng)型類晶體管摩擦納米發(fā)電機(jī)（OCT-TENG）。這種納米發(fā)電機(jī)可以在摩擦頻率只有約 1 Hz 的低頻下，提供超過 10 MW/m2的瞬時功率密度，遠(yuǎn)超以往的研究成果。

為展示其性能，研究團(tuán)隊(duì)利用一個OCT-TENG器件成功點(diǎn)亮一盞功率達(dá)180W的燈泡，更能無線點(diǎn)亮一個額定功率為 30 W的車用LED燈泡，創(chuàng)造了摩擦納米發(fā)電機(jī)功率輸出記錄。相關(guān)研究成果已刊登于著名期刊《自然-通訊》中。

訾云龍教授在2017年加入中大機(jī)械與自動化工程學(xué)系，致力研究摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）的能量收集技術(shù)及自行驅(qū)動系統(tǒng)，并已取得一系列獨(dú)立研究成果。

（《中國基建報》記者 林雨潤 香港報道）