科研资讯

微型发电机捕获皮肤热量为可穿戴设备供电

2021年4月29日，哈尔滨工业大学深圳校区理学院副教授曹峰与合作者于开放获取期刊《细胞报告物理学科》上发表论文，表示开发出一种小型、灵活的可穿戴设备，可将人体皮肤发出的热量转化为电能。

该装置是一个热电发电机（TEG），能利用温度梯度发电。

近年来，随着可穿戴设备越来越受欢迎，该团队想要探索这些发电机能否取代健身追踪器、智能手表和生物传感器等设备中的传统电池。

与传统发电机使用动能发电不同，热电发电机没有运动部件，因此基本上无需维护。这种发电机可以被安装在偏远地区和太空探测器上，从而实现能源供给。

传统的热电发电机通常为刚性，虽然柔性材料可以满足弯曲要求，但其性能较差。为了克服以上限制，使其更适合可穿戴设备，研究人员将核心电子元件连接到一种低热导且更具黏性的柔性聚氨酯材料上。测试表明，该装置至少能经受1万次反复弯曲，性能没有显著变化。

研究人员设计了一个自供电电子系统的原型机。他们将一个LED灯连接到一个长11.5 cm、宽2.9 cm的热电发电机带上。研究小组将其绑在人的手腕上，在体温约为33.8 ℃，正常环境温差下，发电机能收集皮肤散发的热量，并成功点亮LED灯。

曹峰表示：“我们的原型机已经具有优异的性能，投入市场应用潜力巨大。”他补充说，通过适当的升压装置，该系统可以为智能手表和脉冲传感器等电子产品供电。

该团队表示，未来计划进一步研究改进设计，使该设备能够更有效地吸收热量。

新方法为工业机器人提供快速全局最优运动规划

2021年5月3日，福州大学机械工程及自动化学院博士陈彦杰、教授何炳蔚与中国工程院院士、湖南大学机器人视觉感知与控制技术国家工程实验室主任王耀南等研究人员，在机器人技术、工业电子技术行业权威刊物《国际电气和电子工程师协会工业电子汇刊》上发表了题为《一种移动机器人的快速全局最优运动规划方法》（A Fast Optimal Global Motion Planning for Mobile Robot）的最新研究成果。该研究成果面向工业生产的实际需求，通过设计一种高效的全局运动规划方法实现机器人运行效率提升的目的。

研究人员通过对比多种不同运动规划方法的计算效率，发现所设计的运动规划方法在寻找最短路线过程中所消耗的时间要低于其他现有运动规划方法，证实了所设计方法的有效性。该研究工作不仅可以提高移动机器人在工作过程中的运输效率，而且可以减少移动机器人本身的能耗，突破了传统运动规划方法难以兼具安全性和高效率的难题，对于提高整体生产效率，降低生产成本具有重要意义，为智慧工厂实施布局提供了有力的技术支撑。

氧化石墨烯基纤维可实现精确可逆的融合-分裂

2021年5月7日，《科学》杂志发表了浙江大学高分子科学与工程学系教授高超课题组的一项研究成果。该研究成果发现，氧化石墨烯片具有适应性形变的能力，氧化石墨烯纤维在宏观尺度上能够在融合之后实现精确可逆的分裂。这项成果将对未来精确可逆的组装、材料的有效回收和重复利用等方面产生积极影响。

课题组发现，氧化石墨烯纤维能够在厘米级的宏观尺度下变形组装并且解组装复原。他们将13500根氧化石墨烯纤维做成的一根刚性柱子变成一张节点融合的柔性网，把实验过程颠倒过来后，网又重新变回了柱子。这个过程当中，组成柱子和网的氧化石墨烯纤维并没有发生变化。这项研究实现了氧化石墨烯宏观固体材料精确可逆的组装。

课题组研究发现，氧化石墨烯自身带有特殊的性质，即二维拓扑、丰富的含氧官能团、超柔性、自粘接，多根氧化石墨烯纤维融合后的粗纤维密度大、孔隙率少、界面结合适中，“这就使得材料的亲和力刚刚好，能够很容易地融合到一起，但结合力又不像钢那样强，所以还能分得开。”高超说。

课题组在研究中还发现，如果在尼龙、蚕丝、不锈钢丝、玻璃纤维等有机高分子、天然高分子、金属、无机非金属纤维的表面涂上一层氧化石墨烯，原有的这些普通材料也能够具有“组装-精确还原”的功能。

论文评审专家认为：“该工作代表着可回收及智能纤维材料领域的一个突破。结果具有科学价值，可能引起跨多个研究领域的兴趣。”