摩擦纳米发电机面向物联网时代的多领域智能应用
物联网是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。近年来，随着对物联网的学术研究和商业推广，各种应用如智能监控、家庭安全系统、可穿戴电子设备等极大地改善了人类生活，并且迅速扩展到智能交通、智能环境、城市建设、工业制造、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)等各个领域。无线传感器网络是物联网的核心，普遍由10亿以上的传感器组成。随着物联网的普及和应用，无线传感器节点的数量迅速增加，并且物联网网络中电子设备的总功耗非常高。针对物联网对众多传感器的不断需求和相应的高耗电问题，无需电源的自驱动传感器/系统为其提供了最有前途和能量可持续的有效解决方案。
TENG是由王中林院士在2012年首次发明的，作为高熵机械能量采集器件被广泛研究开发。TENG因其制作成本低、结构多样、输出稳定、环境适应性强、生态友好等特点而受到广泛关注。基于TENG和物联网技术集成的各种人机交互系统已经得到了验证，这使得物联网在环境监测、智能农场、智能交通、智能家居、智能工业等方面的可持续应用成为可能，嵌入物联网的自驱动系统的开发有助于极大地改变人类的生产和生活方式。此外，人工智能的快速发展为通过机器学习进行数据分析提供了新的可能性，以加强TENGs在物联网中的应用。这些隐藏在实时信号波形背后的微妙特征可以被自动提取出来用于人工智能应用，例如，手势识别、纹理识别、物体分类、VR、数字孪生等。此外，机器学习手段还为处理/分析TENG检测到的传感信号提供了重要的数据分析工具，促进了物联网应用的进一步研究和发展。

本文亮点
1. 从智慧农业、智慧工业、智慧城市、应急管理监测，和人工智能等五个方面总结了TENG在物联网中的多领域智能应用。

2. 明确了TENG在智能物联网中的挑战并对未来研究热点进行了展望。

内容简介
随着物联网技术发展迭代，基于摩擦纳米发电机(TENG)和物联网技术集成的人机交互系统展示出了可持续和自驱动的优点。通过TENG从环境中收集机械能实现主动传感推动了物联网智能应用的快速发展，极大地改变了人类生产和日常生活的方式。鉴于此，中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、孙其君研究员联合谢小银教授研究团队对摩擦纳米发电机面向物联网多领域智能应用进行了研究和探讨，其中包括智慧农业、智慧工业、智慧城市、应急监测以及机器学习辅助的人工智能应用，还提出了TENG在未来智能物联网建设过程中的挑战以及潜在研究方向，TENG的广泛发展和应用将赋能物联网以自驱动和智能传感等先进功能。

图文导读
图1. a 固定介质和移动带电介质的麦克斯韦方程的比较，示意图显示麦克斯韦首次提出的位移电流以及它对电磁场理论发展的贡献；b 摩擦纳米发电机的基本操作模式和两个主要应用。

图2. 摩擦纳米发电机面向物联网时代多领域智能应用。

图3. 摩擦纳米发电机在智能农业中的应用。

图4. TENG在智能工业中的应用。

图5. TENG在智能工业中的应用：速度传感。

图6. TENG在智能工业中的应用：轴承传感监测。

图7. TENG在智慧城市-智能家居中的应用。

图8. TENG在智慧城市-智能交通中的应用：驾驶行为监测。

图9. TENG在智慧城市-智能交通中的应用：驾驶工具监测。im电竞

图10. TENG在智慧城市-智能交通中的应用：轨道交通监测。

图11. TENG在智慧城市-智能交通中的应用：导航定位传感。

图12. TENG在应急监测和预警的应用。

图13. 机器学习辅助TENG的人工智能应用。

图14. 机器学习辅助TENG的人工智能应用。

图15. 机器学习辅助TENG的人工智能应用-虚拟现实技术。

图16. 机器学习辅助TENG的人工智能应用-数字孪生技术。

图17. 基于TENG传感器的物联网应用的挑战和研究方向。

总的来说，作为一个能量收集器，TENG可以收集环境中广泛的可持续能源高效且环保，而TENG本身也可以作为一个自供电的主动传感器用于各种应用。此外，TENG传感器在智能物联网中的应用也一直是重要的研究课题，并且基于TENG的人工智能技术与物联网的结合研究仍处于早期阶段，需要给予进一步关注和发展。尽管挑战依然存在，但在人工智能技术的辅助下，基于TENG的多领域智能应用的不断研究和探索，必将为物联网时代人与机器的和谐共存，以及众多场景下的沉浸式高效交互带来新的发展。