A Self‐Sensing and Self‐Powered Wearable System Based on Multi‐Source Human Motion Energy Harvesting

摩擦电效应 能量收集 纳米发生器 可穿戴计算机 可穿戴技术 功率(物理) 能量(信号处理) 运动(物理) 计算机科学 电气工程 工程类 物理 嵌入式系统 人工智能 电压 量子力学
作者
Daning Hao,Yuchen Gong,Jiaoyi Wu,Qing-Tao Shen,Zutao Zhang,Jinyi Zhi,Rui Zou,Weihua Kong,Lingji Kong
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (28): e2311036-e2311036 被引量:45
标识
DOI:10.1002/smll.202311036
摘要

Wearable devices play an indispensable role in modern life, and the human body contains multiple wasted energies available for wearable devices. This study proposes a self-sensing and self-powered wearable system (SS-WS) based on scavenging waist motion energy and knee negative energy. The proposed SS-WS consists of a three-degree-of-freedom triboelectric nanogenerator (TDF-TENG) and a negative energy harvester (NEH). The TDF-TENG is driven by waist motion energy and the generated triboelectric signals are processed by deep learning for recognizing the human motion. The triboelectric signals generated by TDF-TENG can accurately recognize the motion state after processing based on Gate Recurrent Unit deep learning model. With double frequency up-conversion, the NEH recovers knee negative energy generation for powering wearable devices. A model wearing the single energy harvester can generate the power of 27.01 mW when the movement speed is 8 km h-1, and the power density of NEH reaches 0.3 W kg-1 at an external excitation condition of 3 Hz. Experiments and analysis prove that the proposed SS-WS can realize self-sensing and effectively power wearable devices.
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