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从农业环境中挖掘自然能源并将其高效转化为电能的研究成果
环境温湿度、光照强度、水分、盐碱度、作物生理指标……这些参数关系农作物生长,现代农业通过农业信息智能感知技术便可轻松“一网打尽”。 然而实时监测这些指标需要电力驱动,电力无疑是智慧农业蓬勃发展的“源头活水”。田间地头常常难以铺设管线,而电池有限续航能力和污染风险又比较突出。因此发展农业信息“无源感知”是未来智慧农业一大趋势。 为更好地解决这一难题,浙江大学生物系统工程与食品科学学院IBE团队平建峰研究员课题组,提出了一种简便有效的方法,从农业环境中挖掘自然能源并将其高效转化为电能。首次将摩擦纳米发电机技术应用于农用纺织品中,并用于降雨时雨水能的收集,通过能量转化获取电能。 这项研究,近日发表在国际知名期刊《纳米能源》( Nano Energy )上,论文第一作者为浙江大学生物系统工程与食品科学学院2020级博士研究生姜成美 ,通讯作者为平建峰研究员。 功能化纱线的制备流程及其在农业中的应用场景把摩擦纳米发电机装进农用纺织品的纱线里 南方地区经常暴雨成灾,造成农业生产的巨大损失。农用纺织品在大棚设施中最为常见,它能够遮阴挡雨,保护农作物。 如何从农业环境中挖掘能源? 浙大科研人员将这两者巧妙结合,通过纱线表面功能化,将摩擦纳米发电机依附在纱线上,织成智能化农用纺织品,利用雨水冲刷时的电子转移与流动产生电流,源源不断地为智慧农业供能。装载摩擦纳米发电机的纱线可以说是智慧农业的“无源活水”。 这个研究灵感来自一场突如其来的大雨:仲夏时节,一场突如其来的倾盆大雨透过来不及关闭的窗户摧残了窗台边的绿植。这引起了研究人员的思考:“农作物所处的环境只会更恶劣,那么我们就想办法利用它的恶劣。”大棚不仅可以作为作物、动物的“保护伞”,还可以作为雨滴能的收集器。 实验数据显示,在9.5牛顿的连续力作用下,3厘米长的纱线就能产生7.7伏的电压。 平建峰介绍,未来通过连接储能设备,这些被改造的农用纺织品,不仅可以为种植业和畜牧业提供保护以提高农畜产品质量与产量,还可以为物联网感知器件源源不断地输送电能,从而开展农业信息的无源监测和实时提供天气状况。 功能化纱线在农用纺织品上的应用绿色能源在智慧农业中具有广阔应用 为什么雨滴的能量可以转化成电能呢? 这是因为对农用纺织品的纱线进行了特殊改造。科研人员在其表面覆盖了两层特殊材料——导电的碳化钛纳米材料和不导电的聚二甲基硅氧烷(一种高分子聚合物)。 功能化纱线收集雨滴能的原理 该聚合物能够防水并与环境中的雨水发生电子转移。而碳化钛感应电极,不仅具有高导电性能,还因其高电负性可以助力表面聚合物抢夺电子。因此在实现农用纺织品原有的农用保护材料、保温、遮阳、水土保持、排水灌溉、种子培育基材的功能基础上,还能从农业环境中源源不断地获取能源,为智慧农业提供驱动力,实现农业信息“无源实时感知”。 平建峰说,这两种材料具有良好的生物相容性,而且整个制备过程易于规模化和工业化。
浙江大学 2021-04-11
无尾家电金属异物检测与磁耦合谐振式无线电能传输系统
无尾家电金属异物检测: 当无线电能传输系统能量交换区中混入金属时,由于涡流效应金属温度会 急剧升高,进而产生严重的安全事故,因此对混入能量传输区域金属的检测需 亟待解决。本项目组经过多年的研究,积累了丰富金属检测经验,提出了基于 混沌理论和改进平衡线圈技术的检测方法。基于该技术,2013-2014年项目组与 海尔公司合作开发了“无尾家电金属异物检测”系统,成功应用于700W无尾搅拌 器系统中,实验证明系统具有很高的灵敏度和抗干扰性,可实现金属异物检测 精度小于5mm,确保了家电的安全性。磁耦合谐振式无线电能传输系统: 自从2007年美国麻省理工学院(MIT)的Marin Soljacic教授等人利用磁耦合谐 振技术成功地在2m外点亮一只60W的灯泡,无线电能传输技术(WPT)迅速成为 一个世界范围内的研究热点。磁耦合谐振原理是目前电能传输的最好方式,可 实现大功率、高效率、远距离的电能传输,克服有线供电取电不灵活问题。基 于该原理,本项目组成功开发了样机系统,其最大功率10kW,整体传输效率85% 以上,垂直传输距离达200mm,水平自由度100mm,具备金属异物检测功能。 能量传输平台采用扁平化设计,使该系统占用空间体积更小,可非常方便地应 用于家电无尾传输、汽车无线充电、AVG车、机器人等领域。
山东大学 2021-04-13
基于视听融合的智能导盲机器项圈系统
1.成果原理:通过图像增强算法优化恶劣天气下导盲犬视野,结合Transformer模型实现环境多模态语音描述,并通过手机平台实现远程监控与交互。 2.创新点:恶劣天气适应性(突破传统导盲设备在雾霾、雨雪等极端场景的视觉限制);多模态交互(支持语音合成、家人音色定制及实时场景描述,兼顾安全性与情感需求);轻量化设计(项圈重量适配犬只行动,避免传统穿戴设备的负担)。 3.应用场景:视障人士日常出行、导盲犬训练基地、公共复杂环境。 4.应用案例:与吉林外国语大学、科大讯飞联合开展技术验证,完成实验室原型测试。 5.成果获奖: 2023年“互联网+”大学生创新创业大赛吉林省铜奖 2024年“挑战杯”吉林省大学生创业计划竞赛银奖 6.成果评价:丰富了国内导盲生物辅助设备研究内容,获吉林省大学生创新创业大赛重点支持,技术专利布局中,市场潜力预估超800万视障人群需求,助力东北地区智能装备产业升级与民生福祉提升。
吉林外国语大学 2025-05-07
胃癌极早期中西医智能防治体系
李梢教授团队针对我国胃癌早诊率低于10%,胃癌前病变患者的癌变率仅有0.6%/年,胃炎癌转化中西医特征不清、防治措施不明的重大难题,创建以“智能早筛-极早诊断-精准早治”为特色的胃癌极早期中西医智能防治体系,显著提升我国胃炎癌转化中医药防治水平。
清华大学 2025-05-16
淄博嘉鸿通智能装备有限公司
淄博嘉鸿通智能装备有限公司是一家集实验室规划设计与研发、施工交付、售后维保为一体的科技型中小企业。 公司专门为工业企业、高等院校、科研院所、医疗疾控、检测机构等各类实验室提供一站式解决方案。 公司主营业务包括实验室家具、送排风智能控制系统、集中供气系统、实验室尾气处理系统、易制毒、易制爆、危险化学品存储柜、数字化安全管理系统、实验室专用配套系统及校舍家具等。 公司先进的设计理念、专业的售后服务团队,致力于为广大科研人员创造健康、安全、环保、舒适的学习工作环境。 公司创始人从事实验室行业10余年,具有丰富的行业经验,参与及主导的科研项目荣获多项知识产权(4件发明专利,6件实用新型专利)荣获“淄博市重大科技成果三等奖”、“周村区职工优秀技术创新成果”、本人所主导的研发项目荣获“淄博市重点研发计划(市外校城融合)项目”,2022年5月份荣获“2022年全省工友创业大赛淄博分赛二等奖”。 公司荣获实验室行业知识产权2项,2022年9月份成为淄博市周村区中小企业商会会员单位,2023年3月份荣获“科技型中小企业”荣誉。 公司愿景:争做国内一流的实验室行业综合服务商; 企业使命:助推实验室行业转型升级与高质量发展,保障科研人员愉悦健康; 企业价值观:诚信服务、质量至上;创新发展、追求卓越; 企业精神:专注自我提升,专业服务客户;
淄博嘉鸿通智能装备有限公司 2025-02-16
一种机床主轴的振动能量收集装置及方法
本发明涉及振动能量收集技术领域,具体为一种机床主轴的振动能量收集装置及方法,该装置包括能量收集器、机床主轴、以及主轴箱壳体,所述机床主轴设有固定轴承,所述主轴箱壳体包括第一侧壁和第二侧壁,所述第一侧壁垂直于所述第二侧壁,所述固定轴承的外壁与所述第一侧壁之间设有支撑架,所述第二侧壁与所述支撑架之间设有能量收集器,所述能量收集器通过磁致伸缩材料收集所述机床主轴的振动能量,将振动能量转换成电能,进而可以实现对机床的其他元件供电,节省了部分外部电源的供给,同时不影响机床主轴的正常运行,并有利于振动的传递。
杭州电子科技大学 2021-05-06
一种针对复杂结构的瞬态能量响应高精度预示方法
本发明提供了一种针对复杂结构的瞬态能量响应高精度预示方法,考虑子系统间能量传递的时变项(img file='DDA0001438196050000011.TIF' wi='330' he='110' img-content='drawing' img-format='TIF' orientation='portrait' inline='no'/)结合复杂结构的损耗因子矩阵η,建立结构各子系统的瞬态功率平衡方程,给定初始边界参数,采用四阶?五阶Runge?Kutta算法计算得到结构各子系统的瞬态能量响应;相比于传统方法仅考虑能量的时变项,本发明通过考虑了复杂结构各子系统间能量传递的时变项,建立了更为完整的复杂结构各子系统瞬态能量平衡方程,显著提高了目前瞬态统计能量分析方法在瞬态能量响应预示中的预示精度,拓展了目前瞬态统计能量分析方法的研究范围,可以解决不同耦合强度结构的瞬态能量响应分析,同时结合商业统计能量分析软件,可以解决复杂结构的瞬态能量响应预示问题。 1 
东南大学 2021-04-11
轨道交通车辆制动能量气动回收再利用装置
一种轨道交通车辆制动能量气动回收再利用装置,属于轨道交通车辆技术领域。本实用新型由安装在 车辆转向架车轴上的凸轮,安装在转向架构架上的其余部件组成。其中凸轮、滚子和气缸活塞杆构成凸轮 机构,将车轴的旋转运动转化为气缸活塞杆的往复运动;排气单向阀、吸气单向阀连接在气缸的无杆侧,在气缸活塞杆的往复运动下,实现排气和吸气功能,将机械能转换为气压能。该装置能够将制动能直接回 收成气压能,以供车辆系统使用。
南京工程学院 2021-04-11
一种针对时变结构的瞬态能量响应高效预示方法
本发明提供了一种针对时变结构的瞬态能量响应高效预示方法,基于时变结构的能量密度控制方程,结合时变结构各子系统在不同频带内的时变内损耗因子和子系统间的时变耦合损耗因子,建立时变结构各子系统的瞬态能量控制方程,给定初始边界参数,采用四阶?五阶Runge?Kutta算法计算得到时变结构各子系统的瞬态能量响应。本发明发现了能量密度控制方程中内损耗因子引起的功率流动项,对空间体积积分后建立了时变结构各子系统的能量控制方程,从而将能量分析方法推广到了时变结构的动力学响应分析,拓展了目前能量分析方法的研究范围。同时,相比于传统的离散化方法,本发明采用能量的方法建立结构各子系统的能量控制方程,显著提高了计算分析的效率。
东南大学 2021-04-11
一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法
本发明涉及汽车能量回收,旨在提供一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法。该装置包括超级电容和电机、低压端电流表、双向Buck-Boost变换器、高压端电流表、PWM控制器、低压端继电器和高压端继电器;低压端继电器和高压端继电器均为单刀双掷开关,包括动触点、第一静触点和第二静触点;低压端电流表设于超级电容与低压端继电器的动触点之间,高压端电流表设于电机与高压端继电器的动触点之间;各设备分别通过信号线连接至PWM控制器。本发明可直接用于现有电动汽车和油电混合动力汽车上,提高其制动能量回收的效率、增加节能效果、延长其续驶里程。
浙江大学 2021-04-11
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