近日，機械與電子工程學院閆銀發教授團隊在《Nano Energy》上發表題為“Self-driven Synchronized Contour-following for Field uneven Based on Triboelectricity”的最新研究成果。機電學院孫林林副教授和碩士研究生楚海迪為共同第一作者，劉莫塵副教授、閆銀發教授和中國科學院唐偉研究員為共同通訊作者，我校為第一通訊單位。

農業機械在田間作業時，仿形技術可根據地表高低起伏自動調整自身姿態或作業深度、高度，提高農業機械對復雜地形的適應能力和作業效率，增強作業的穩定性和操作安全性，提升作業質量并延長機具壽命。傳統農業機械仿形一般采用激光雷達、遠紅外、超聲波、機器視覺、仿形輪等檢測技術，易受農作物遮擋、大田土塊干擾等影響，環境適應性差，可靠性不足，且系統結構復雜、成本高。

針對以上技術難題，團隊研制了一種基于摩擦納米發電機的自驅動指插式旋轉摩擦電角度傳感器（SFRTAS），與仿形桿相連，仿形桿隨地表輪廓高度變化發生擺動，仿形桿擺動角度由SFRTAS實時檢測，通過建立地表輪廓高度與仿形桿擺動角度間的數學模型，實現地面輪廓變化的精準仿形，并在實際大田環境中試驗應用。

圖1 基于摩擦納米發電機的自驅動指插式旋轉摩擦電角度傳感器

如圖1所示，當SFRTAS在農機作業部件仿形機構的驅動下旋轉時，動態摩擦層相對于靜態摩擦層順時針和逆時針旋轉，即動態摩擦層FPCB與Kapton薄膜摩擦，交替在靜態摩擦層FPCB柵格電極上產生感應信號，并向外部輸出交流信號。

圖2所示實驗結果表明，SFRTAS 具有卓越的穩定性、良好的電輸出性能以及長期工作穩定性。實現了傳感精度達到0.188 mm，靈敏度達到7.69 P·mm-1，角度精度達到0.5°，抗外界環境干擾能力強。團隊研制的自驅動仿形傳感器可準確、快速、連續感知地面起伏變化，為農機裝備仿形精準作業提供新方案。

圖2 SFRTAS輸出性能測試

該研究得到了國家重點研發計劃、國家蠶桑產業技術體系項目、山東省重點研發計劃和山東省蠶桑產業技術體系項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111139

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波