據麥姆斯咨詢報道，近日，中國科學院北京納米能源與系統研究所的研究人員研發了一款開創性的微風喚醒風速計（B-WA），它集成了滾軸式摩擦納米發電機（RB-TENG），為低功耗環境監測提供了一種新策略。微風喚醒風速傳感計在不同風力條件下自主高效的強大運行能力標志著可持續環境監測領域的重大進步。
微風喚醒風速儀和滾軸式摩擦納米發電機概覽圖。a. 微風喚醒風速儀的組成及其工作流程圖。微風喚醒風速儀由兩個滾軸式摩擦納米發電機、一個自喚醒模塊（SWM）、一個信號處理模塊（SPM）和一個無線發射器組成；b. 滾軸式摩擦納米發電機結構圖；c. 銅電極及其外圈形態的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；d. 滾軸式摩擦納米發電機的工作原理；e. 滾軸式摩擦納米發電機在不同風速驅動下的輸出開路電壓；f. 滾軸式摩擦納米發電機在不同風速驅動下的輸出短路電流；g. 滾軸式摩擦納米發電機在不同風速驅動下的瞬時輸出功率。
風速儀是收集氣象數據的重要工具，對準確地預報天氣及監測環境至關重要。傳統的風速儀通常面臨著高昂的維護成本和運行成本的挑戰，主要因為傳統的風速儀的靜態功耗高及其對電池供電的依賴。這些挑戰在偏遠地區尤其顯著，因為偏遠地區更換電池或維修設備更加困難且昂貴。
微風喚醒風速儀演示圖。a. 微風喚醒風速儀在智能環境風速監測中的應用前景；b. 微風喚醒風速儀在靜止和活動狀態下的動態功耗變化；c. 微風喚醒風速儀在室外環境下的照片；d. 筆記本電腦的顯示界面；e. 自喚醒模塊（SWM）、信號處理模塊（SPM）、調制電路和微控制單元（MCU）、電源、無線收發器的照片。
低功耗微風喚醒風速儀可以通過延長部署周期，減少維護頻率，提高至關重要但難以抵達的地區收集數據的可靠性，使環境監測的發展進入新階段。
中國科學院北京納米能源與系統研究所的研究小組在《微系統與納米工程》（Microsystems & Nanoengineering）期刊上發表了一篇題為“A near-zero quiescent power breeze wake-up anemometer based on a rolling-bearing triboelectric nanogenerator”的論文，該論文詳細介紹了這款微風喚醒風速儀及其遠程天氣監測的能力。
這款微風喚醒風速儀可保持接近零功耗的靜止狀態，當風速超過2米/秒時被激活。滾軸式摩擦納米發電機在滾軸運動時產生能量，從而利用滾軸將風速儀從低功耗狀態中“喚醒”。
微風喚醒風速儀被激活后，自喚醒模塊可在0.96秒內“喚醒”整個系統，實現實時風速測量。同時，信號處理模塊對滾軸式摩擦納米發電機產生的信號頻率進行處理，以9.45 Hz/(m/s)的靈敏度精確監測風速，確保數據采集的準確性和可靠性。
該研究的首席科學家Chi Zhang教授表示：“該風速儀不僅突破了納米技術的限制，而且為全球天氣監測的挑戰提供了可持續的解決方案。它的低功耗和高靈敏度的優勢對未來的環境傳感至關重要。”
這項研究對農業規劃和自然災害預防等領域起著至關重要的作用，準確、及時的天氣信息顯著影響著這些領域的決策以及運營安全性。微風喚醒風速儀強大的功能和低維護成本的設計，使其成為集成到物聯網（IoT）的理想選擇，同時增強了各個領域的分布式環境監測。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41378-024-00676-7
