蒋宝尚、魏子敏作者

斩获能源界诺贝尔奖,华人科学家“纳米发电机”解决物联网和AI发展能源桎梏

万物互联是个人类社会的迷人愿景,但物联网的发展一直存在一大桎梏,那就是电源

物联网世界默认我们可在任何设备上装置传感器,经由网络收集信息,但如果没有相关能源支持传感器启动,一切都是纸上谈兵。

以目前的技术,为所有传感器接上电线并不现实,为其内置电池则会导致成本上升。

有望解决这一问题的是“物体的自行摩擦/震动发电”,让设备自行发电,满足自我需求。这个听起来遥不可及的目标在近日刚刚取得了重大进展——纳米发电机

10月22日,被誉为能源界的“诺贝尔奖”的埃尼奖(Eni Award)组委会在意大利罗马市奎里纳尔宫举行了颁奖典礼,意大利总统马塔雷将第十一届埃尼“前沿能源奖”(Energy Frontiers Prize)奖章授予王中林,以表彰他首次发明纳米发电机、开创自驱动系统与蓝色能源两大原创领域。

埃尼奖组委会认为王中林创立的纳米能源技术具有重大意义:“为物联网、机器人和人工智能的发展提供了能源技术”,认可他是纳米发电机技术用于物联网移动能源和收集大规模海洋蓝色能源等重大科技的发明者,“建立了从环境和生物系统中获取随机机械能来驱动移动传感器的原理和技术路线图”。

埃尼奖与计算机界的图灵奖、数学界的菲尔兹奖及沃尔夫奖等并称为自然科学单个领域的最高奖项。王中林是迄今为止获得埃尼奖的第一位华人科学家。

央视推出的《创新中国》节目曾在视频中介绍过王中林团队的工作。

来~先科普一下☟


那么王中林院士的工作到底是如何帮助物联网发电的呢?

听说过纳米么?听说过摩擦生电么?相信学过中学物理的童鞋一定对这两个概念不陌生!

那你听说过摩擦纳米发电机么?

早在2012年,王中林就成功的在纳米尺度下,通过通过摩擦将机械能转化为电能。之后,王中林率领着六个部门,十几个课题组,一直进行着纳米能源的开发。

王中林院士带领团队完成的这种新型的纳米发电机具体来说是球形摩擦纳米发电机。

当前,有初步估计称,如果把这种发电机组成深度十米,面积由山东省大小的三维阵列,就能够发出满足当下地球人日常使用的所有能量。目前,纳米发电机还在发展阶段,整个领域年数不多。现在也有几个初创公司,例MIcroGen Microsystem在进行相关研究。

但是在我们可以预见的未来,纳米发电机可以给我们提供更方便的电能供应。跟传统发电传电不一样的是,这并不是由外部设备供电,而是由自驱动供电。例如你的手机或随身听缺少电量了,你只要出去跑一会儿步就能够把电量充满。

当然,除了埃尼奖组委会提到的物联网领域,这种纳米发电机在医疗方向等也有重大使用。

例如,将纳米发电机作为心脏起搏器能量来源,为心脏起搏提供长期动能。

当今的心脏起搏器全部依靠锂电池供电,电池没电后只能通过外科手术进行更换,这给患者带来了非常大的痛苦和经济负担。如果使用纳米发动机,微小的摩擦都会给心脏起搏器供给能量,实现一次植入,永不更换。目前,该项目在动物身上实验效果较好,尚未应用到人类身体中。

据了解,这一起搏器具体工作原理是:收集生物体呼吸或者其他运动部位所产生的能量,以电能的形式储存起来,并能够驱动一个外接的心脏起搏器原型机工作,产生与医用心脏起搏器一样的电脉冲。

图片来源中国科学院北京纳米能源与系统研究所

植入式摩擦纳米发电机结构展示以及脉冲刺激下心脏收缩和舒张的实效图

不得不提的是,目前和未来几年的应用主要是给无线传感器网络的每个微尘传感器发电。采用此项技术几乎可以为我们提供无限的电能。当前的物联网人工智能、机器人等等哪项技术离得开传感器,如果这项技术研究成熟,科技的发展将是一个巨大的飞跃。

最后,这还有一份关于王中林院士的介绍。

王中林院士是中国科学院外籍院士、欧洲科学院院士、中国科学院北京纳米能源与系统研究所创始所长和首席科学家、中国科学院大学纳米科学与技术学院院长,美国佐治亚理工学院终身校董事讲席教授、Hightower终身讲席教授。王院士还是美国物理学会、科学发展协会、材料学会、陶瓷学会、显微学会会士(fellow)和英国皇家化学学会会士(fellow)。

王中林院士是国际公认的纳米科学与技术领域的领军型科学家。他首次发明了纳米发电机和自驱动纳米系统技术,被誉为“纳米发电机之父”。他是压电电子学和压电光电子学两大学科的奠基人,发明了压电纳米发电机和摩擦纳米发电机,首次提自驱动系统、海洋蓝色能源等原创科学概念,并将纳米能源称为“新时代的能源”——即物联网、传感网络、人工智能大数据时代的分布式移动式能源。这一具有革命性的新能源技术,将开启人类能源模式新篇章,为微纳电子系统发展和物联网、传感网络实现能源自给和自驱动提供了新途径。王中林领导下的中科院北京纳米能源与系统研究所因拥有原创的理论、原创的学科、原创的技术成为世界纳米能源与自驱动系统研究领域的领头羊。

王中林院士开创的纳米发电机及其自驱动系统的学科发展图

王中林教授科研成果丰硕,已在国际一流刊物上发表1500多篇论文(其中发表在《科学》、《自然》及其子刊上的文章50余篇),拥有100项专利、7部专著和20余部主编书籍、会议文集。根据Google Scholar 的公开数据,王中林教授论文引用近19万次,标志影响力的H指数是216,在纳米科学与纳米技术领域总引用数和H指数排名世界第一。

王中林院士先后获得各类国际性重大奖项17次,比如2015年获得汤森路透引文桂冠奖,该奖项被称为诺贝尔奖风向标;此外他还获得2011年美国材料学会奖章、2014年美国物理学会詹姆斯马克顾瓦迪新材料奖、2013中华人民共和国国际科学技术合作奖、2014年佐治亚理工学院杰出教授终身成就奖和2017年全球纳米能源奖等。

相关报道:http://www.binn.cas.cn/xwzx/ttxw/201810/t20181023_5148314.html

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