科研資訊

微型發(fā)電機(jī)捕獲皮膚熱量為可穿戴設(shè)備供電

2021年4月29日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳校區(qū)理學(xué)院副教授曹峰與合作者于開放獲取期刊《細(xì)胞報(bào)告物理學(xué)科》上發(fā)表論文，表示開發(fā)出一種小型、靈活的可穿戴設(shè)備，可將人體皮膚發(fā)出的熱量轉(zhuǎn)化為電能。

該裝置是一個(gè)熱電發(fā)電機(jī)（TEG），能利用溫度梯度發(fā)電。

近年來，隨著可穿戴設(shè)備越來越受歡迎，該團(tuán)隊(duì)想要探索這些發(fā)電機(jī)能否取代健身追蹤器、智能手表和生物傳感器等設(shè)備中的傳統(tǒng)電池。

與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)使用動(dòng)能發(fā)電不同，熱電發(fā)電機(jī)沒有運(yùn)動(dòng)部件，因此基本上無需維護(hù)。這種發(fā)電機(jī)可以被安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)和太空探測(cè)器上，從而實(shí)現(xiàn)能源供給。

傳統(tǒng)的熱電發(fā)電機(jī)通常為剛性，雖然柔性材料可以滿足彎曲要求，但其性能較差。為了克服以上限制，使其更適合可穿戴設(shè)備，研究人員將核心電子元件連接到一種低熱導(dǎo)且更具黏性的柔性聚氨酯材料上。測(cè)試表明，該裝置至少能經(jīng)受1萬次反復(fù)彎曲，性能沒有顯著變化。

研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)自供電電子系統(tǒng)的原型機(jī)。他們將一個(gè)LED燈連接到一個(gè)長(zhǎng)11.5 cm、寬2.9 cm的熱電發(fā)電機(jī)帶上。研究小組將其綁在人的手腕上，在體溫約為33.8 ℃，正常環(huán)境溫差下，發(fā)電機(jī)能收集皮膚散發(fā)的熱量，并成功點(diǎn)亮LED燈。

曹峰表示：“我們的原型機(jī)已經(jīng)具有優(yōu)異的性能，投入市場(chǎng)應(yīng)用潛力巨大?！彼a(bǔ)充說，通過適當(dāng)?shù)纳龎貉b置，該系統(tǒng)可以為智能手表和脈沖傳感器等電子產(chǎn)品供電。

該團(tuán)隊(duì)表示，未來計(jì)劃進(jìn)一步研究改進(jìn)設(shè)計(jì)，使該設(shè)備能夠更有效地吸收熱量。

新方法為工業(yè)機(jī)器人提供快速全局最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃

2021年5月3日，福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院博士陳彥杰、教授何炳蔚與中國(guó)工程院院士、湖南大學(xué)機(jī)器人視覺感知與控制技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室主任王耀南等研究人員，在機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)電子技術(shù)行業(yè)權(quán)威刊物《國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)工業(yè)電子匯刊》上發(fā)表了題為《一種移動(dòng)機(jī)器人的快速全局最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法》（A Fast Optimal Global Motion Planning for Mobile Robot）的最新研究成果。該研究成果面向工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，通過設(shè)計(jì)一種高效的全局運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)行效率提升的目的。

研究人員通過對(duì)比多種不同運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法的計(jì)算效率，發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法在尋找最短路線過程中所消耗的時(shí)間要低于其他現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，證實(shí)了所設(shè)計(jì)方法的有效性。該研究工作不僅可以提高移動(dòng)機(jī)器人在工作過程中的運(yùn)輸效率，而且可以減少移動(dòng)機(jī)器人本身的能耗，突破了傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法難以兼具安全性和高效率的難題，對(duì)于提高整體生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本具有重要意義，為智慧工廠實(shí)施布局提供了有力的技術(shù)支撐。

氧化石墨烯基纖維可實(shí)現(xiàn)精確可逆的融合-分裂

2021年5月7日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系教授高超課題組的一項(xiàng)研究成果。該研究成果發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯片具有適應(yīng)性形變的能力，氧化石墨烯纖維在宏觀尺度上能夠在融合之后實(shí)現(xiàn)精確可逆的分裂。這項(xiàng)成果將對(duì)未來精確可逆的組裝、材料的有效回收和重復(fù)利用等方面產(chǎn)生積極影響。

課題組發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯纖維能夠在厘米級(jí)的宏觀尺度下變形組裝并且解組裝復(fù)原。他們將13500根氧化石墨烯纖維做成的一根剛性柱子變成一張節(jié)點(diǎn)融合的柔性網(wǎng)，把實(shí)驗(yàn)過程顛倒過來后，網(wǎng)又重新變回了柱子。這個(gè)過程當(dāng)中，組成柱子和網(wǎng)的氧化石墨烯纖維并沒有發(fā)生變化。這項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯宏觀固體材料精確可逆的組裝。

課題組研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯自身帶有特殊的性質(zhì)，即二維拓?fù)?、豐富的含氧官能團(tuán)、超柔性、自粘接，多根氧化石墨烯纖維融合后的粗纖維密度大、孔隙率少、界面結(jié)合適中，“這就使得材料的親和力剛剛好，能夠很容易地融合到一起，但結(jié)合力又不像鋼那樣強(qiáng)，所以還能分得開?！备叱f。

課題組在研究中還發(fā)現(xiàn)，如果在尼龍、蠶絲、不銹鋼絲、玻璃纖維等有機(jī)高分子、天然高分子、金屬、無機(jī)非金屬纖維的表面涂上一層氧化石墨烯，原有的這些普通材料也能夠具有“組裝-精確還原”的功能。

論文評(píng)審專家認(rèn)為：“該工作代表著可回收及智能纖維材料領(lǐng)域的一個(gè)突破。結(jié)果具有科學(xué)價(jià)值，可能引起跨多個(gè)研究領(lǐng)域的興趣?！?/p>