创新点：本文提出了一种基于摩擦纳米发电机和蓝牙信标的自供能无线定位系统。通过设计自调控的电压开关实现了极低功耗的蓝牙信标用于室内位置监测。首次实现了完全由摩擦纳米发电机驱动的蓝牙信标设备。
关键词：摩擦纳米发电机，人体动能采集，自供能系统，可穿戴电子，无线位置监测
随着物联网和无线传感技术的进步，人员追踪和位置监控的需求大大增加。商用全球定位系统（GPS）和全球移动通信系统（GSM）定位方法无法满足低功耗和三维室内定位监控的需求。因此，无法满足一些特定场景下的室内定位环境的需求，例如办公楼、展览馆等。近年来，基于蓝牙低功耗（BLE）信标的位置监测技术得到了快速发展。其成本低、功耗低、实现小区域精确定位的能力良好。然而，BLE在运行过程中对外部电源的高度依赖限制了其进一步发展。因此，对于人员位置监控技术，利用人体动能采集供电可能是一个合适的解决方案。
摩擦纳米发电机（TENG）是一种尖端的能量收集技术，结合了摩擦起电和静电感应的原理。由于其设计简单、低成本、和广泛的材料选择，TENG在许多领域显示出巨大的意义和应用前景。如人体动能采集和自供电可穿戴电子设备。例如，TENG已应用于自供电位置监测。Zi等人报道了一种智能浮标混合发电机，用于收集水波能量来驱动自供电无线定位系统，该系统可以在收集能量后半小时通过 GPS 发送信号。金等人。报告了一种船形混合纳米发电机，用于能量收集、导航和渔网跟踪以确定浮标位置，它可以在 9000 秒内将商用电池充电至 3 V 以驱动 GPS。然而，其自供电位置检测的应用受到传输周期长、便携性不便和高功耗的限制。因此，人们非常期望开发一种基于可穿戴TENG的低功耗自供电位置监测系统。
在此，我们提出了一种基于鞋垫式可穿戴摩擦纳米发电机（IW-TENG）和蓝牙信标的自供电位置监测系统（SPMS），用于人体动能收集和可持续位置监测。 SPMS 由鞋垫式可穿戴摩擦纳米发电机、能量管理模块 (EMM) 和蓝牙低功耗 (BLE) 信标模块组成。受益于多层结构，对于一个典型的成年人来说，带有 EMM 的 IWTENG 每步可以收获120 μJ的能量。每3-4步，SPMS就可以发射蓝牙信号来获取位置信息。单次BLE信号传输功耗仅为136 μJ ，传输距离可达100 m。 SPMS已应用于办公楼智能考勤，在智能导航和轨迹跟踪方面展现出令人兴奋的潜力和广阔的前景。
张弛团队长期致力于自驱动系统和自供能传感方向的研究，本论文提出了基于摩擦纳米发电机收集人体动能并驱动蓝牙信标实现无线位置监测的系统，可以为用户提供更为准确、节能、环保的室内位置监测方案。广西大学王政、北京纳米能源与系统研究所助理研究员刘国旭为本文的共同第一作者，陈远汾副教授和张弛研究员为该文的通讯作者。
WILEY
论文信息：
Self-Powered Position Monitoring System Based on Insole-Type Wearable Triboelectric Nanogenerator and Bluetooth Beacon
Zheng Wang#, Guoxu Liu#, Jie Cao, Xianpeng Fu, Beibei Fan, Yuhan Qin, Zhaozheng Wang, Zhi Zhang, Yuanfen Chen *, Chi Zhang *
Advanced Materials Technologies
Advanced Materials Technologies创刊于2016年4月， 是一本刊载技术相关的衔接材料科学和实际应用的高质量期刊，着重于基于新材料的先进工程、器件设计和新技术。
