近日，上海交通大學機械與動力工程學院張文明教授團隊、湖南工程學院魏克湘教授團隊和西北工業(yè)大學周生喜教授團隊聯(lián)合在Advanced Energy Materials (IF=29.698)上發(fā)表綜述論文“Mechanical intelligent energy harvesting: From methodology to applications”，并入選編輯精選。論文為解決能量采集系統(tǒng)對復雜環(huán)境與工況的適應(yīng)性難題，提出了機械智能能量采集概念，闡明了機械智能能量采集設(shè)計方法論，綜述了具有機械智能特征的能量采集系統(tǒng)典型設(shè)計，預(yù)測了機械智能能量采集的未來發(fā)展趨勢。趙林川博士后為本文第一作者，張文明教授、湖南工程學院鄒鴻翔教授和西北工業(yè)大學周生喜教授為通訊作者。
機械智能能量采集的概述
近年來，能量采集技術(shù)蓬勃發(fā)展，然而機械能量采集技術(shù)仍面臨環(huán)境適應(yīng)性差、可靠性低、輸出功率低以及電能品質(zhì)低等挑戰(zhàn)。機械智能是一種新穎的提高機械能量采集系統(tǒng)綜合性能的方法，可以通過機械設(shè)計提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，具備程序化能力。雖然已有研究人員設(shè)計了具有機械智能特征的各種能量采集系統(tǒng)，并取得了良好的效果，但是這種設(shè)計方法尚未被明確定義、分析和總結(jié)。
機械智能能量采集的發(fā)展路線圖
論文明確了機械智能能量采集的定義：能量采集系統(tǒng)能夠識別外部激勵或自身狀態(tài)并作出反應(yīng)，而不依賴于電氣元器件實現(xiàn)自適應(yīng)或程序化功能，使外部激勵滿足系統(tǒng)要求，或系統(tǒng)的動力學行為與機電轉(zhuǎn)換機制相匹配。因此，它可以減少系統(tǒng)對傳感器和復雜控制系統(tǒng)的依賴性，簡化系統(tǒng)的復雜性，提高系統(tǒng)的輸出功率、電能質(zhì)量、環(huán)境適應(yīng)性、魯棒性和可靠性。特別是對于微小型器件來說，機械智能可以簡化復雜的系統(tǒng)，促進微型化器件設(shè)計和制造，實現(xiàn)更優(yōu)越的性能。從能量采集效率的角度來看，機械智能能量采集系統(tǒng)有助于實現(xiàn)“開源節(jié)流”的目標。雖然在不同形式的機械能之間進行轉(zhuǎn)換可能會消耗一定的能量，但從總體能量采集系統(tǒng)中看，機械智能使能量采集系統(tǒng)從環(huán)境中捕獲更多的機械能，實現(xiàn)“開源”的效果。同時，它還可以降低機電轉(zhuǎn)換和電路處理過程中的能量損失，實現(xiàn)“節(jié)流”的效果，從而提高整個系統(tǒng)的機電轉(zhuǎn)換效率。基于機械智能能量采集的設(shè)計原理，該系統(tǒng)的設(shè)計方法可分為識別外部激勵并調(diào)控輸入激勵、識別外部激勵并調(diào)控能量采集系統(tǒng)、識別能量采集系統(tǒng)的狀態(tài)并調(diào)控自身行為三類。
機械智能能量采集技術(shù)目前仍處于早期階段。論文預(yù)測了機械智能能量采集的發(fā)展路線，未來十年，機械智能能量采集的研究將獲得更多關(guān)注并促進能量采集技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，滿足日益迫切的人工智能物聯(lián)網(wǎng)可持續(xù)供能需求。
該研究工作獲得國家自然科學基金、中國博士后科學基金、上海市科技創(chuàng)新行動計劃等資助。張文明教授團隊長期從事環(huán)境機械能量采集研究，近兩年，該團隊為解決能量采集系統(tǒng)對復雜環(huán)境與工況的適應(yīng)性難題，提出了機械智能能量采集設(shè)計方法，設(shè)計并制造了系列機械能量采集系統(tǒng)樣機，并在Science Advances、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Nano Energy等期刊上發(fā)表研究成果，相關(guān)技術(shù)已獲國家發(fā)明專利授權(quán)，并應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品方案升級和新產(chǎn)品研發(fā)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202300557
學院OA系統(tǒng)
jAccount登錄
ENGLISH
地址：上海市東川路800號上海交通大學閔行校區(qū)機械與動力工程學院
郵編：200240
Email：sjtume@sjtu.edu.cn