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大连海事大学徐敏义教授团队与北京大学谢广明教授团队、南开大学陶金副教授展开合作，提出了一种基于摩擦纳米发电机的仿生自驱动珊瑚结构传感器(BCWS)，用于海浪信息感知，为海洋工程建设、海洋资源开发和海洋灾害预警提供实时、准确的海浪信息。
随着对海洋研究地不断深入，研究者发现海洋运动与潮汐、海啸、油气资源勘探、海洋生物资源研究等密切相关。然而，准确地感知海洋运动，尤其是感知海浪运动仍然是未解决的难题。海浪具有不规则运动、超低频、长周期性等特点，这对海浪传感器的发展提出了巨大的挑战。现有感知海浪信息的手段存在低精度、低鲁棒性、维护费用昂贵、方向性载荷缺失和感知带宽狭窄等缺陷。近年来，摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator，简称TENG)基于摩擦起电和静电感应效应，在海浪感知方面展现出巨大应用前景。TENG具有成本低、结构简单、重量轻、功率密度高、高效低频能量采集等优点。此外，在早期基于TENG自驱动传感相关研究中，研究团队通过引入仿生技术成功提高了多种传感器的感知能力。
近日，大连海事大学徐敏义教授团队与北京大学谢广明教授团队、南开大学陶金副教授展开合作，设计了一种基于摩擦纳米发电机的仿生自驱动珊瑚结构传感器(BCWS)，用于海浪信息感知，为海洋工程建设、海洋资源开发和海洋灾害预警提供实时、准确的海浪信息。当珊瑚受到微小的外部刺激时，它会通过弥散的神经元传递刺激信号，从而引发整个珊瑚体的张合。受这一生物学特性的启发，BCWS实现了对海浪信息进行有效地三维感知并提高了信号响应时间和感知灵敏度。通过实验数据分析，BCWS对波高、波频、波周期和波方向的感知具有毫米级感知精度。最终，该团队基于BCWS的适用性和稳定性，提出了如控制LED灯、感知真实海洋中海浪信息和协助落水救援等潜在的应用方案，为现代海洋监测提供了一种智能化的解决方案。
综上所述，结合TENG原理和仿生珊瑚结构的BCWS实时高效感知海浪信息，具有高灵敏度、高稳定性、环境友好等优点。通过实验研究与分析构建了BCWS的感知规律，并建立了数据分析模型以及非线性多弹簧振荡器运动模型。基于BCWS的高准确性和鲁棒性，可在无外部能源供应时实现任意方向的三维海浪信息感知，并通过信号采集、信号处理等过程，最终将海浪信息展示在基于Arduino Mega 2560开发的可视化用户界面中。此外，该传感器具有预测一定距离内的海浪信息潜力。因此，这项工作为现代海洋工程监测提供了一种新颖的解决方案并具有广阔的应用前景。该成果以题为“A Self-powered Triboelectric Coral-like Sensor Integrated Buoy for Irregular and Ultra-low Frequency Ocean Wave Monitoring” 发表于Advanced Materials Technologies。
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