在我們的生活環(huán)境中，低頻聲波以縱波傳播，不容易被吸收或隔離。然而，如果采用適當?shù)脑?，如壓電和電磁方法，可以收集低頻聲波并轉換成電能，為電子設備提供電力。對于壓電器件，通常采用高壓電系數(shù)的陶瓷。但它們相對較大的楊氏模量會導致聲阻抗與氣流不匹配。此外，固體陶瓷材料將反射大部分入射聲能，使輸出性能下降。對于電磁方式，通常需要線圈、磁鐵等笨重的部件，不利于能量采集器輕量化，小型化。

相比之下，摩擦納米發(fā)電機由于器件中摩擦電薄膜的柔軟和靈活特性，可以顯著減輕能量采集器的重量，降低對入射聲波的影響，從而能夠實現(xiàn)有效和高效的能量收集。南京郵電大學Yannan Xie課題組提出了一種3D打印的聲學摩擦電納米發(fā)電機(A – TENG)，具有結構可控性、一次性成型、易于制造和成本低的特點。

課題組研究了基于A – TENG的四分之一波長的聲波諧振器系統(tǒng)對聲能的高性能捕獲。該系統(tǒng)能夠在100 dB聲壓級激勵下產(chǎn)生4.33 mW的功率輸出?？梢灾苯雍瓦B續(xù)地驅動72個LED燈和一個商用計算器，表明其作為電子設備電源的應用。最后，該工作開發(fā)了一個由人工智能語音識別芯片，A-TENG和控制電路組成的自供電邊緣感知系統(tǒng)。自供電的邊緣傳感系統(tǒng)可以在不需要云計算的情況下實現(xiàn)實時語音識別，在低功耗、低成本的智能物聯(lián)網(wǎng)領域展現(xiàn)出巨大潛力。

圖1：聲能捕獲系統(tǒng), A-TENG 示意圖及波長管中聲壓和顆粒速度分布模擬。

圖2：A-TENG裝置的工作機理。

圖3：聲能收集系統(tǒng)實驗測量裝置照片及輸出性能。

圖4：A-TENG作為電子設備電源的應用：可驅動LED燈和商用計算器。

圖5：實時語音識別的自供電邊緣傳感系統(tǒng)應用展示。

該工作提出了一種具有結構可控性、一次性成型、制作簡單、成本低等特點的3D打印A-TENG。開發(fā)并仔細研究了一個四分之一波長的聲諧振器系統(tǒng)與A- TENG相結合，用于高性能的聲能捕獲。

此外，還開發(fā)了一種基于A-TENG的自供電語音識別系統(tǒng)，該自供電系統(tǒng)可以在不需要云計算的情況下應用于實時語音識別，是一種低功耗、低成本的智能邊緣感知技術。但該工作對于器件優(yōu)化及穩(wěn)定性探究較少，需要更多研究。

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