據(jù)外媒報(bào)道，最近一項(xiàng)研究打造了一種具有多種功能的新型設(shè)備，其將一個(gè)雙溫度調(diào)節(jié)器與一個(gè)摩擦電納米發(fā)動(dòng)機(jī)集成在一起，可實(shí)現(xiàn)自供電人機(jī)交互功能。
人機(jī)交互（圖片來源：Shutterstock.com）
該設(shè)備將一個(gè)觸覺摩擦電納米發(fā)動(dòng)機(jī)（T-TENG結(jié)構(gòu)）與材料進(jìn)行了優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)開路電壓、短路電流和高效峰值功率密度。研究人員表示，該款靈活的自供電T-TENG非常適合用于人機(jī)交互和可穿戴設(shè)備。
全球變暖和能源浪費(fèi)正成為全球主要問題，現(xiàn)代文明嚴(yán)重依賴太陽、風(fēng)、海洋和潮汐能等可再生能源。未來，個(gè)人熱管理可能會(huì)影響到公共健康和全球能源處理。
住宅和商業(yè)能源消耗占全球總電力需求的15%，由于陽光引起的溫度變化，室外個(gè)人供暖/制冷非常困難。因此，對(duì)人體進(jìn)行局部熱控制是降低能耗至關(guān)重要。在自然界中，北極熊、蜘蛛、蛇、蜜蜂以及超黑的鳥類都會(huì)進(jìn)行熱調(diào)節(jié)。
此前的研究采用納米紡織品來測(cè)試新方法，以在炎熱天氣中增強(qiáng)人體輻射消散，在寒冷天氣下減少人體輻射消散。個(gè)人、社交以及娛樂活動(dòng)也需要室外空間，太陽能轉(zhuǎn)換、人體熱度釋放以及露天熱消耗都會(huì)影響最終結(jié)果。不過，幾乎沒有研究會(huì)關(guān)注戶外供暖/制冷。
在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和人工智能（AI）時(shí)代，利用智能材料和設(shè)備進(jìn)行能量收集和轉(zhuǎn)換非常重要。HMI（人機(jī)交互界面）通過智能服裝、電子皮膚等交互媒介實(shí)現(xiàn)人機(jī)同步交流。無侵入式納米發(fā)電機(jī)和智能軟機(jī)器人等軟電氣技術(shù)近年來成為了人機(jī)界面的研究熱點(diǎn)。
HMI系統(tǒng)像屏幕或者移動(dòng)應(yīng)用程序一樣，需要人類輸入可讀的信息。而集成式電源執(zhí)行器、傳感器、數(shù)據(jù)集成設(shè)備和傳輸設(shè)備都需要實(shí)現(xiàn)小型化、集成化和智能化。
HMI通過將發(fā)電設(shè)備與傳感和通信設(shè)備相結(jié)合，解決了移動(dòng)有限和維護(hù)成本高等障礙。其中一種納米發(fā)電機(jī)能夠探測(cè)壓力，而另一種納米發(fā)電機(jī)可以檢測(cè)血壓、脈搏、心率和呼吸。
此前的研究還提出用機(jī)械觸發(fā)能量為電子設(shè)備供電的摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG），利用人類手指控制基于TENG的觸覺傳感器陣列。TENG還可用于監(jiān)測(cè)生理數(shù)據(jù)和識(shí)別物體形式，還可用于電動(dòng)汽車控制以及測(cè)量角度速度和位移情況。
對(duì)基于TENG的HMI系統(tǒng)進(jìn)行研究還將對(duì)日常生產(chǎn)帶來重大影響，例如遠(yuǎn)程醫(yī)療、溫度、濕度監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)假肢上的壓力傳感器?；赥ENG的HMI需要實(shí)時(shí)收集的數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)探測(cè)和傳輸數(shù)據(jù)。為了激活或命令下級(jí)電子設(shè)備，需要識(shí)別傳感器觀察到的電子信號(hào)（壓力和電流）。合適的TENG需要經(jīng)過優(yōu)化的材料、設(shè)備、信號(hào)處理和分析。
研究人員發(fā)現(xiàn)，暴露在光下30分鐘，靜電可紡織出兩種可穿戴復(fù)合納米纖維，即制冷纖維（PAN/CB）和取暖纖維（PAN/CB）。當(dāng)采用熱電來維持電力供應(yīng)，可達(dá)到高壓，成功地將納米材料與新一代開發(fā)用的能量收集裝置結(jié)合在一起。此外，T-TENG第一次被用于操作國(guó)際莫爾斯電碼，這在某些情況下是一種關(guān)鍵的通信形式。
T-TENG可與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)一起使用，成為一個(gè)自供電的發(fā)射裝置，實(shí)現(xiàn)高探測(cè)性能。考慮到T-TENG具備靈活性、自供電靈敏性。吸濕性以及更好的挑選性能，T-TENG在未來的HMI、健身手環(huán)、軟機(jī)器人等應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大潛力。
