中科院3D打印新型纳米发电机，可实现AI汽车自供电监控

中国科学院的研究人员3D打印了一种新型纳米发电机，有可能实现对自动驾驶汽车的自供电监控。

其创造者将其称为“BS-TENG”，微型 70 毫米摩擦纳米发电机 (TENG) 具有独特的轴承结构 (BS) 设计，使其既可用作机械能量收集器，又可用作自给自足的传感设备。

能够以高达 1,500 rpm 的速度运行，每个超紧凑型 BS-TENG 可提供 0.96 mW 的峰值输出，据该团队称，这足以为 50 个 LED 供电，或启用 AI 驱动的热和速度监控车辆，以“为智能汽车驾驶系统提供新机会”的方式。


带有3D打印自供电传感器系统的自动驾驶汽车模型

环保自动驾驶汽车

随着人工智能和商用车之间的融合步伐不断加快，可持续地为它们提供动力的问题也随之增加。这是因为此类先进处理系统的集成可能具有使自动驾驶汽车更安全、更可靠的潜力，但它们通常也依赖于不可再生电池和电源节点的使用。

许多现有系统也使用需要定期充电的电池，这些电池需要集成到复杂的网络中，从而有效地增加了汽车制造商的总体开发和生产成本。

作为传统电池的替代品，可以利用和部署通过车辆转弯和制动产生的旋转机械能，为内部汽车监控系统供电。事实上，第一台纳米发电机是 15 年前由佐治亚理工学院的一个团队创建的，此后该团队继续开发能够捕获风能和动能的 TENG。

然而，中国研究人员现在声称，除了人工智能汽车的需求之外，现有技术的有限能量转换阻碍了它们的更广泛采用。为了解决这个问题，科学家们表示，他们设计了一种新的收集方法，可以利用以前浪费的能量为传感系统供电，从而实现“自动驾驶汽车的安全驾驶”。


研究人员“BS-TENG”纳米发电机的内部工作原理

使用“BS-TENG”进行能量利用

为了克服现有 TENG 的缺点，中国科学家重新回到绘图板，采用 3D 打印来创造全新的设计。他们想出的是一种纳米发电机，由粘附在亚克力板上的转子和定子组成，前者具有印刷框架，其中 PTFE 辊轮交替旋转以连接电极并产生静电荷。

由于其实验性质，原型转子的高度仅为 3.6 毫米，因此为了为设备的 6 毫米滚轮腾出空间，研究人员将两个转子与丙烯酸管融合形成“双 BS-TENG”。在测试期间，由此产生的纳米发电机被证明能够在 100 到 1,500 rpm 的转速下提供高且稳定的输出，因此该团队推测它可以用于“通过车轮旋转收集机械能量”。

为了将这一假设付诸实践，科学家们随后将他们的设备集成到自供电车辆监控或“SPVM”系统中，该系统由四个双 BS-TENG、五个齿轮和两个亚克力板组成。初步测试表明，纳米发电机能够为热传感器供电，该传感器不仅可以连续运行，而且可以在达到特定温度时发出“警报”。

进一步的评估还表明，SPVM 可用于同时跟踪伺服计模拟的车轮速度，展示其多功能最终用途能力。因此，通过进一步的研发，该团队相信 BS-TENG 有可能成为“旋转能量收集的突破”，为提高纳米发电机的效率和人工智能驱动的车辆的安全性提供蓝图。

“集成的 BS-TENG 网络既可以用作旋转能量收集器，也可以用作用于车辆温度和实时速度监控的自供电高速传感系统，”该团队在他们的论文中总结道。“此外，结果证实，自供电车速监测的准确率可以达到99%以上，表明他们的设计在实际应用中是可靠的。”


BS-TENG 用于在测试期间为商用 LED 供电