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  隨著物聯網、大數據技術的快速發展和普及，其應用將遍及日常生活的各個角落，如辦公和家庭自動化、醫療保健、安全保障、環境監測以及信息通信等。體育領域同樣也受到了這一技術進步的影響，進入到數字化競賽時代。大數據服務，包括比賽成績、運動員訓練表現、健康生理指標等數據的采集和分析，可以有效地幫助運動員進行科學訓練從而提高競技水平，正在成為競技體育不可或缺的有效手段。實時數據的采集依賴于廣泛分布的傳感器，而傳統的供能器件面臨著壽命短、維護成本高、環境污染等問題，發展出一種可持續、免維護的傳感技術具有重要的意義。 

  王中林院士于2012年提出的以麥克斯韋位移電流第二分量為理論根基的摩擦納米發電機（TENG）為解決這個問題提供了新的思路。TENG能有效地將環境機械能和人體運動轉化為電能，具有結構簡單、成本低廉、環境友好等特點，在微納能源、藍色能源以及主動式傳感等領域有著廣泛的應用前景。通過集成能量存儲器件，基于TENG的自充電能量系統可以為電子器件提供持續的電能供給。另外，TENG還可以直接將機械刺激轉化為電信號，用作自驅動傳感器。 

  目前，用于制備TENG的材料大多是不可降解的有機聚合物，如用于自驅動傳感器在環境中廣發分布，可能會引起環境污染等問題。天然木材是地球上最豐富的自然資源之一，作為一種可再生、可持續、可降解的材料，已經被廣泛用于建筑、能量存儲、水凈化和柔性電子等領域。然而，天然木材的機械性能和摩擦發電性能通常不能很好地滿足TENG的性能要求。因此，開發一種有效的處理方法來調節天然木材的性能，并用于制備高性能的TENG，對于發展可持續和環境友好的自驅動系統具有重要的意義。 

  近期，中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士課題組聯合普渡大學的范鳳茹博士,報道了一種具有良好柔性、耐久性的高性能木基摩擦納米發電機（W-TENG）。經過簡單有效的木材處理方法，木材的摩擦發電性能和機械性能（包括強度、柔韌性、耐磨性和可加工性能等）都大幅提高。用改性木材制備得到的W-TENG，其輸出性能也提升了~70%。同時，這種W-TENG還擁有質量輕（0.19 g）、結構薄（0.15 mm）、價格低等優點。基于上述優良的性能，這種W-TENG還被用作自驅動傳感器構建具有多種傳感功能的智能乒乓球臺，利用乒乓球撞擊球臺產生的機械能設計了一種自驅動落點分布統計系統和插邊球判定系統。該自驅動系統可同時實現乒乓球的速度傳感、路徑追蹤和落點分布統計，記錄的完整數據可用于大數據分析，給運動員的訓練提供有效的評估和指導；而且還能準確的判定兩種不同的擦邊球，可以輔助裁判員在比賽中做出準確的判罰。這項研究拓展了自驅動系統在智能體育設備和體育大數據分析中的應用，開辟了木基電子器件與自驅動系統相結合的創新研究方向。該研究可以延伸到多種體育運動，例如跳遠，籃球，羽毛球，網球，排球等多項體育運動的智能分析。 

圖1 柔性W-TENG的制備流程和智能乒乓球臺的示意圖

圖2 天然木材在處理前后的變化

圖3 W-TENG的工作原理和輸出性能

圖4 W-TENG用于自驅動落點分布統計系統

圖5 W-TENG用于自驅動擦邊球判定系統

  該成果以“Flexible and durable wood based triboelectric nanogenerators for self-powered sensing in athletic big data analytics”為題，發表在近期的《自然-通訊》上（Nature Communications）。該文章的第一作者為駱健俊博士、王子銘博士生、許亮副研究員，普渡大學范鳳茹博士和北京納米能源與系統研究所王中林院士為共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、博士后創新人才支持計劃等項目資助。 

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-13166-6