当代车辆中包含数十个传感器,可以执行测量温度、速度和防止碰撞等各种功能,从而使汽车更安全、更可靠,但这并非没有能源成本。制造商预计,到2024年,汽车传感器的产量将达到约110亿个。这些传感器在整个生命周期内的总用电量为780-1150皮焦耳,相当于217-3200亿千瓦时,足以为20-3000万个家庭供电一年。
据外媒报道,中国大连海事大学(Dalian Maritime University)和国立中兴大学(National Chung Hsing University)的研究人员开发出新型汽车安全传感器——自供电非接触式摩擦电纳米发电机(SNC-TENG),据称可以既节能又更好地探测更远距离的物体。
研究人员希望这种技术能够使车辆更安全、更节能。相文论文于9月发表在期刊《先进功能材料(Advanced Functional Materials)》上。
自供电传感器
该论文的合著者Ying-Chih Lai表示,当代车辆通常配备摄像头来监控周围环境,但这些摄像头在弱光、黑暗和恶劣天气条件下的性能不佳。另外,光探测和测距系统(LiDAR)利用激光来绘制周围环境地图,在恶劣天气下也不太可靠,而且系统成本很高,不太可能广泛应用于普通车辆。
另一问题在于,这两种安全策略均需要持续的电力输入。Lai表示:“SNC-TENG是一种自供电主动传感器,不需要车辆提供电力。也就是说,该设备可以主动感知周围的物体,而不需要持续供电。”
这种传感器不是从车辆的电池中获取电力,而是通过静电感应供电从附近物体的电场中获取电荷。使用由MXene钛基二维材料制成的纳米片,有助于提高设备的电荷收集能力,而导电海绵增加了可携带电荷的颗粒数量。
这样的设计不仅可以为设备提供动力,还使其能够在长达两米的范围内检测超远距离物体。该纳米发电机甚至可以检测到非常轻微的移动(约1 mm)。
车辆测试
通过在真实车辆上进行测试,研究人员发现该设备能够准确检测盲点,并可以监控停车场,从而防止发生盗窃和破坏。
Lai表示,在停车场内,它“可以通过静电感应检测接近的人,而无需身体接触。然后,产生的电信号可以启动车载监控摄像头,监视周围的情况”。如果有人靠近并触摸传感器,就会触发警报。最终,研究人员构想了一种系统,当该系统设备感知到盗窃意图,将立即向车主手机发送警告。
该设备还可用于在车辆停放时监控附近的汽车。当传感器检测到有车辆距离太近时,就会触发监控录像。这样如果在停车场内发生碰撞,违规驾驶员就会被追究责任。
研究人员表示,这种传感器不仅高度灵敏、节能,而且比许多传统传感器的成本更低、更易于制造。这有助于“加速开发智能和安全车辆”,并“促进各种非接触式传感技术的发展”。