中大新聞中心

香港中文大學（中大）機械與自動化工程學系的研究團隊，最近研發了一款自行驅動的無線傳感電子貼紙（SWISE），它能夠將手指輕觸薄膜的能量轉化為電磁波信號，毋須電池或電線，即可實現無線傳感技術，並具有可屈曲、超輕薄、可遠距離傳輸等優點，有望革新智慧傳感及遙控技術。相關研究成果於國際知名期刊《科學進展》（Science Advances）刊登。研究團隊下一步將與科技企業合作，將相關智能產品推出市場。

此外，團隊亦研發出一款新型摩擦納米發電機，其功率遠超過往研究，有望足夠推動家用電器運作，提供另類可再生能源選項。

無線傳感電子貼紙

物聯網的發展是構建智慧城市的關鍵，當中傳感器擔當著物聯網的眼睛和耳朵，負責收集物理參數，例如溫度、壓力、速度等，並轉換為電子信號，供系統分析。研究人員預測，在未來數年將會有數以億萬個感測器投入應用，形成物理資訊感知網路。然而，傳統的無線傳感技術分別由傳感、信號調製、無線傳輸、供能與能量管理，共四個模組組成，其體積、柔性、能源消耗、成本等問題，限制了無線傳感技術的普及應用，亦加重維修成本及難度。

由中大機械與自動化工程學系助理教授訾雲龍教授領導的研究團隊，利用智能物料設計了一款電子貼紙SWISE，將傳統無線傳感系統所需的四個模組合而為一。SWISE是一塊柔軟、可屈曲的電子薄膜（最薄只有95微米，不足兩條頭髮寬度），利用納米摩擦發電技術，在放電過程產生位移電流，達至自行驅動的無線傳感。

SWISE共有三層，中間為有兩個電極的金屬薄膜，外面則分別由摩擦起電層及基底層組成。當手指劃過電子貼紙表面的摩擦起電層時會產生摩擦電，並觸發放電效應，將手指動能轉化為電磁信號。實驗證明，該電磁信號能在無外來供電下完成遠距離傳輸（最長可達30米）。

傳感器一般會配備多點傳感功能，並具有發放不同特徵及頻譜信號的功能，以適應智慧城市中的不同應用場景。研究團隊設計了具有不同參數的器件，例如透過改變金屬薄膜的電感，令SWISE可產生不同特徵和頻譜的信號，得以擴展其應用領域。例如，在影片1及2中展示的無線柔性鍵盤及智慧手環，可分別傳送1、2、3、4四個不同信號；將來亦有望應用在智慧衣服、機械人技術、醫療、人機介面、體域傳感器網絡及虛擬實境等多方面。

此外，研究團隊正探討SWISE用於偵測氣體方面的潛力。他們發現，當金屬薄膜兩極之間的氣體成份不同，經位移電流產生的電磁信號頻譜會有輕微分別。通過人工智能及深度學習技術，他們成功區分出十個不同氣體成分及濃度組合（包括氬氣、二氧化碳、氦氣、氮氣及一般空氣）的信號特徵，識別準確度達98.5%。

訾雲龍教授表示：「我們的研究團隊反覆測試了SWISE傳感系統及其應用，如無線柔性鍵盤及智慧手環，結果充分反映它在無線傳感及遙控具備巨大的應用潛力，將有望革新智慧傳感及遙控技術，進一步推動香港智慧城市發展。」是次研究團隊還包括騰訊機器人實驗室（Robotics X）戴媛博士及其團隊、香港城市大學于欣格博士團隊，及中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士。

此研究專案獲得香港特別行政區研究資助局傑出青年學者計劃、優配研究金、香港特別行政區創新科技署創新及科技基金，及騰訊高校聯合項目的資金支援。

高功率反向電荷增強型類晶體管摩擦納米發電機

SWISE利用摩擦納米發電技術，在放電過程產生位移電流。這種技術除了透過直接接觸發電，亦能夠透過收集環境中的機械運動，例如海浪、風、雨滴及生物運動等發電。然而，摩擦納米發電機（TENG）的輸出功率有限，無法推動如小型電器等大功率電子設備，主要兩大限制為低電荷轉移及高輸出阻抗。

最近，訾教授及其團隊開發了「反向電荷增強型類晶體管摩擦納米發電機（OCT-TENG）」。這種納米發電機可以在摩擦頻率只有約 1 Hz 的低頻下，提供超過 10 MW/m²的瞬時功率密度，遠超以往的研究成果。

為展示其性能，研究團隊利用一個OCT-TENG器件成功點亮一盞功率達180W的燈泡，更能無線點亮一個額定功率為 30 W的車用LED燈泡，創造了摩擦納米發電機功率輸出記錄。相關研究成果已刊登於著名期刊《自然-通訊》中。

有關訾雲龍教授

訾雲龍教授在2017年加入中大機械與自動化工程學系，致力研究摩擦納米發電機（TENG）的能量收集技術及自行驅動系統，並已取得一系列獨立研究成果。