近日，机械与电子工程学院闫银发教授团队在《Nano Energy》上发表题为“Self-driven Synchronized Contour-following for Field uneven Based on Triboelectricity”的最新研究成果。机电学院孙林林副教授和硕士研究生楚海迪为共同第一作者，刘莫尘副教授、闫银发教授和中国科学院唐伟研究员为共同通讯作者，我校为第一通讯单位。
农业机械在田间作业时，仿形技术可根据地表高低起伏自动调整自身姿态或作业深度、高度，提高农业机械对复杂地形的适应能力和作业效率，增强作业的稳定性和操作安全性，提升作业质量并延长机具寿命。传统农业机械仿形一般采用激光雷达、远红外、超声波、机器视觉、仿形轮等检测技术，易受农作物遮挡、大田土块干扰等影响，环境适应性差，可靠性不足，且系统结构复杂、成本高。
针对以上技术难题，团队研制了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动指插式旋转摩擦电角度传感器（SFRTAS），与仿形杆相连，仿形杆随地表轮廓高度变化发生摆动，仿形杆摆动角度由SFRTAS实时检测，通过建立地表轮廓高度与仿形杆摆动角度间的数学模型，实现地面轮廓变化的精准仿形，并在实际大田环境中试验应用。
图1 基于摩擦纳米发电机的自驱动指插式旋转摩擦电角度传感器
如图1所示，当SFRTAS在农机作业部件仿形机构的驱动下旋转时，动态摩擦层相对于静态摩擦层顺时针和逆时针旋转，即动态摩擦层FPCB与Kapton薄膜摩擦，交替在静态摩擦层FPCB栅格电极上产生感应信号，并向外部输出交流信号。
图2所示实验结果表明，SFRTAS 具有卓越的稳定性、良好的电输出性能以及长期工作稳定性。实现了传感精度达到0.188 mm，灵敏度达到7.69 P·mm-1，角度精度达到0.5°，抗外界环境干扰能力强。团队研制的自驱动仿形传感器可准确、快速、连续感知地面起伏变化，为农机装备仿形精准作业提供新方案。
图2 SFRTAS输出性能测试
该研究得到了国家重点研发计划、国家蚕桑产业技术体系项目、山东省重点研发计划和山东省蚕桑产业技术体系项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111139
编 辑：万 千
审 核：贾 波
