摩擦納米發(fā)電機對駕駛行為的無干擾測試得以實現(xiàn)

     據(jù)報道，道路交通傷害（RITs）已被列為全世界第八大死亡原因。其中，駕駛員的不良駕駛習(xí)慣，特別是駕駛員的注意力分散，被認(rèn)為是交通事故的直接原因。美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）通過研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)撞車事故/近撞車事故不注意現(xiàn)象都與駕駛員分心有關(guān)。實際上，駕駛的首要任務(wù)僅占開車總時間的46%，其余的時間都在進(jìn)行次要任務(wù)，例如，發(fā)短信、導(dǎo)航或調(diào)整無線信道。然而，這些活動會導(dǎo)致駕駛員偏離道路，這是非常危險的。研究表明，如果駕駛員眼睛離開道路時間超過2秒，撞車的危險會增加三倍。對駕駛員的駕駛行為的分析，可應(yīng)用于交通安全和交通流研究等多個領(lǐng)域。因此，駕駛行為對于交通安全和路況檢測非常重要。目前，駕駛行為分析的大多數(shù)參數(shù)是通過利用鏡像或價格昂貴的傳感器來實現(xiàn)，例如，眼動跟蹤儀、腦電圖儀等；而且這些監(jiān)測裝置會對駕駛行為測試分析造成很大的干擾，很難獲得客觀數(shù)據(jù)來進(jìn)行駕駛行為的深入研究。

 

　　摩擦納米發(fā)電機(TENGs)是一種新型的能量轉(zhuǎn)換器件，利用接觸起電和靜電感應(yīng)效應(yīng)，它可以收集人體運動的機械能、風(fēng)能、海洋能等。同時通過與電池、電容器等儲能器件耦合，可以集成為一體化的自供能系統(tǒng)。此外，TENGs作為一種自驅(qū)動的傳感裝置也已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于壓力傳感、環(huán)境監(jiān)測、污染治理、醫(yī)療衛(wèi)生、健康監(jiān)測等領(lǐng)域。通過外部壓力觸碰TENG，在靜電感應(yīng)驅(qū)動下產(chǎn)生摩擦電荷，經(jīng)過外部電路傳輸，可以實時監(jiān)測施加于TENG的作用力，以及其與輸出電信號的強度和頻率的關(guān)系，從而實現(xiàn)監(jiān)測操作者的外部活動。

 

　　近日，在中國科學(xué)院外籍院士、中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長、佐治亞理工學(xué)院校董教授王中林，納米能源所研究員孫春文及北京理工大學(xué)教授王武宏的指導(dǎo)下，博士生孟曉義和成前等人將基于TENG的壓力傳感器應(yīng)用于汽車傳感領(lǐng)域，用來實時監(jiān)測駕駛員的行為，這是首次把TENG應(yīng)用在駕駛行為監(jiān)測領(lǐng)域，實現(xiàn)了駕駛行為無干擾測試，為解決車輛安全提供了新的解決途徑。同時有望將TENG應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，如智能駕駛、交通安全以及航空航天等。

 

　　該工作基于Al和Kapton薄膜制備了簡易柔性的TENG，通過對其結(jié)構(gòu)性能以及靈敏度做的分析表征，表明TENG可以有效地作為壓力傳感裝置。外部壓力作用于TENG導(dǎo)致其形變，產(chǎn)生開路電壓信號，其強度和頻率對應(yīng)于外部動作特征，應(yīng)用于汽車傳感領(lǐng)域，并結(jié)合多通道數(shù)據(jù)采集裝置，可以監(jiān)測駕駛員多種行為動作。