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  據(jù)報(bào)道，道路交通傷害（RITs）已被列為全世界第八大死亡原因。其中，駕駛員的不良駕駛習(xí)慣，特別是駕駛員的注意力分散，被認(rèn)為是交通事故的直接原因。美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）通過研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)撞車事故/近撞車事故不注意現(xiàn)象都與駕駛員分心有關(guān)。實(shí)際上，駕駛的首要任務(wù)僅占開車總時(shí)間的46%，其余的時(shí)間都在進(jìn)行次要任務(wù)，例如，發(fā)短信、導(dǎo)航或調(diào)整無線信道。然而，這些活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致駕駛員偏離道路，這是非常危險(xiǎn)的。研究表明，如果駕駛員眼睛離開道路時(shí)間超過2秒，撞車的危險(xiǎn)會(huì)增加三倍。對(duì)駕駛員的駕駛行為的分析，可應(yīng)用于交通安全和交通流研究等多個(gè)領(lǐng)域。因此，駕駛行為對(duì)于交通安全和路況檢測非常重要。目前，駕駛行為分析的大多數(shù)參數(shù)是通過利用鏡像或價(jià)格昂貴的傳感器來實(shí)現(xiàn)，例如，眼動(dòng)跟蹤儀、腦電圖儀等；而且這些監(jiān)測裝置會(huì)對(duì)駕駛行為測試分析造成很大的干擾，很難獲得客觀數(shù)據(jù)來進(jìn)行駕駛行為的深入研究。

  摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENGs)是一種新型的能量轉(zhuǎn)換器件，利用接觸起電和靜電感應(yīng)效應(yīng)，它可以收集人體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能、風(fēng)能、海洋能等。同時(shí)通過與電池、電容器等儲(chǔ)能器件耦合，可以集成為一體化的自供能系統(tǒng)。此外，TENGs作為一種自驅(qū)動(dòng)的傳感裝置也已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于壓力傳感、環(huán)境監(jiān)測、污染治理、醫(yī)療衛(wèi)生、健康監(jiān)測等領(lǐng)域。通過外部壓力觸碰TENG，在靜電感應(yīng)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生摩擦電荷，經(jīng)過外部電路傳輸，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測施加于TENG的作用力，以及其與輸出電信號(hào)的強(qiáng)度和頻率的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測操作者的外部活動(dòng)。 

  近日，在中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士，孫春文研究員及北京理工大學(xué)王武宏教授的指導(dǎo)下，博士生孟曉義和成前等人將基于TENG的壓力傳感器應(yīng)用于汽車傳感領(lǐng)域，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛員的行為，這是首次把TENG應(yīng)用在駕駛行為監(jiān)測領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了駕駛行為無干擾測試，為解決車輛安全提供了新的解決途徑。同時(shí)有望將TENG應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，如智能駕駛、交通安全以及航空航天等。 

  該工作基于Al和Kapton薄膜制備了簡易柔性的TENG，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)性能以及靈敏度做的分析表征，表明TENG可以有效地作為壓力傳感裝置。外部壓力作用于TENG導(dǎo)致其形變，產(chǎn)生開路電壓信號(hào)，其強(qiáng)度和頻率對(duì)應(yīng)于外部動(dòng)作特征，應(yīng)用于汽車傳感領(lǐng)域，并結(jié)合多通道數(shù)據(jù)采集裝置，可以監(jiān)測駕駛員多種行為動(dòng)作。 

圖1. (a) TENG的結(jié)構(gòu)與信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理示意圖； (b) 不同測試頻率下的短路電流信號(hào)； (c) 不同測試頻率下的開路電壓信號(hào)；(d) TENG接觸分離過程電勢分布的模擬計(jì)算。

圖2. 三通道同時(shí)采集駕駛員的眨眼、踩踏剎車、油門的動(dòng)作響應(yīng)信號(hào)。同時(shí)采集三種信號(hào)，可以有效地判斷一段時(shí)間內(nèi)駕駛員的各種動(dòng)作行為。 

  相關(guān)研究成果以“Triboelectric Nanogenerator as a Highly Sensitive Self-Powered Sensor for Driver Behavior Monitoring” 為題發(fā)表在最新一期的Nano Energy 上（DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.07.026）。該項(xiàng)工作得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFA0202702）、國家自然科學(xué)基金（51672029, 51372271, 51378062）以及 中組部“頂尖千人”及其創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的經(jīng)費(fèi)支持。 

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.07.026