新國大蘇研院李正國教授團隊研究成果在國際頂尖期刊《自然》子刊雜志發(fā)表
從2012年摩擦納米發(fā)電機（TENG）的發(fā)明開始，該技術(shù)逐漸在微納能源、自驅(qū)動傳感、藍色能源和高壓電源的領(lǐng)域中展現(xiàn)了空前的應用前景。其原理是通過摩擦起電和靜電感應的耦合效應，有效地將外界的機械能轉(zhuǎn)化為電信號，具有成本效益高、制作簡易和材料選擇性廣等優(yōu)點。摩擦納米發(fā)電機技術(shù)的這些優(yōu)點使得它能夠與各種制造技術(shù)相結(jié)合，進而可以實現(xiàn)大規(guī)模、低成本和自供電的地板傳感器。與此同時，在過去幾年中我們見證了人工智能（如機器學習等）的蓬勃發(fā)展以及其在數(shù)據(jù)分析中的杰出能力（如提取隱藏于傳感器信號中的各種信息）。所以，為了實現(xiàn)以上所需的地板監(jiān)控系統(tǒng)，一個重要的思路就是整合摩擦納米發(fā)電機技術(shù)、大規(guī)模的制造技術(shù)和人工智能技術(shù)。
根據(jù)這樣的研究思路，李正國教授團隊通過整合自供電的TENG傳感技術(shù)、大規(guī)模的絲網(wǎng)印刷技術(shù)以及深度學習輔助的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，開發(fā)出了一個新型的智能地板監(jiān)控系統(tǒng)（見圖1）。其中絲網(wǎng)印刷技術(shù)和TENG傳感技術(shù)的結(jié)合為地板監(jiān)控提供了一個大面積、低成本和自供電的解決方案。同時，每一片智能地毯都具有獨特的電極圖案和信號輸出，使得他們可以在構(gòu)建的地毯陣列中并聯(lián)連接，從而極大簡化了信號采集接口和整個系統(tǒng)的復雜度。
圖1：基于深度學習的智能地板監(jiān)控系統(tǒng)：應用場景展示，包括位置感應、運動監(jiān)測和身份識別等；智能地毯陣列的三維示意圖和數(shù)據(jù)采集以及分析的流程圖。圖片來源：Nat. Commun.
通過對監(jiān)測信號進行實時地分析，可以得到使用者在智能地毯陣列上的行走位置、行走時間和運動狀態(tài)。此外，通過訓練后的深度學習模型對監(jiān)測信號的分析，使用者的身份信息也可以由其獨特的行走步態(tài)來辨別。在實際應用中，這些監(jiān)測到的位置信息和身份信息可以用來自動控制相應位置的照明和對應房間的門禁（見圖2），從而實現(xiàn)了運用地板的智能監(jiān)控，為進一步實現(xiàn)智能家居和智能建筑提供新的方向。
圖2：智能地板監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用展示。（a）用于身份識別的深度學習訓練模型。（b-d）智能地板監(jiān)控系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實展示：當使用者在位置1時，此時的輸出信號用來自動控制燈1的照明；當使用者在位置2時，此時的輸出信號用來自動控制燈2的照明；當使用者走過地毯陣列到達位置3時，深度學習模型分析步態(tài)信息進行身份識別，進而自動控制相應房間的門禁。圖片來源：Nat. Commun.
新國大蘇研院的科研工作聚焦前沿技術(shù)，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展強關(guān)聯(lián)，與蘇州工業(yè)園區(qū)及地方科技深融入，開展原創(chuàng)性、應用性研究，已建立環(huán)境與能源納米科技、先進智慧醫(yī)療技術(shù)、大健康生物與食品工程、人工智能研發(fā)與育成卓越研究中心，旨在通過產(chǎn)業(yè)化用科技賦能區(qū)域創(chuàng)新升級。目前，研究院承擔各項科研項目100余項，在國際著名期刊發(fā)表了700余篇有影響力的科研論文，其中1篇發(fā)表在Nature母刊，9篇發(fā)表在Nature子刊。
