未來的航天器可以將振動、風和宇航員的運動轉化為動力
由國際研究團隊領導的一項新研究提出摩擦納米發電機（TENG）作為太空探索的變革性解決方案。 TENG 是一種輕型發電機，可將振動或摩擦等機械運動轉化為可用的電能。瑞典呂勒奧科技大學、阿聯酋哈利法大學和英國劍橋大學的研究人員表示，TENG 可以減少對重型電池的依賴。團隊特別對這個“下一代空間系統的自供電能源和傳感解決方案”進行了全景回顧。它可用於將環境機械能（例如發射振動、行星風和宇航員運動）轉化為可用電力。這些能量貼片可打印、可折疊且超緊湊，可以塞在立方體衛星內或直接內置到宇航員的手套中，從每次運動中收集能量。極端的太空條件深空探索使硬件受到極端的操作限制，特別是巨大的熱波動、接近零的重力和破壞傳統電力電子設備的高劑量輻射。太陽能電池板需要陽光，電池結冰或太重，而核電又過於龐大。這種功率差距迫使研究人員轉向 TENG，它通過從發射振動、行星風甚至宇航員運動中收集機械能來繞過這些障礙。研究表明，TENG 提供了一種輕量級、抗輻射的解決方案，可以在典型電子設備可能出現故障的情況下發揮作用。這些設備採用 PTFE 和石墨烯等太空級材料設計，可以承受火星壓力和高輻射 (10 kGy)。此外，深空刺眼的太陽輻射起到了增強性能的作用，而不是阻礙作用。有趣的是，強烈的紫外線照射實際上可以使設備的電荷密度增加 157 倍，將主要的環境威脅轉化為巨大的功率提升。 TENG 的各種應用 由於 TENG 既可以為自己供電，又可以感知環境，因此該技術可以將繁重的佈線減少 30%，這對於深空任務來說可以大大減輕重量。研究人員測試了“太空級堆棧”，該堆棧能夠承受 10 kGy 的輻射，幾乎沒有性能漂移。它是使用氟化聚合物、石墨烯和自修復彈性體製成的。值得注意的是，這些設備被證明具有彈性，在超過 260°C 的溫度下仍能保持穩定性，即使在 10 kGy 的大量輻射劑量後，性能損失也小於 5%。根據新聞稿，這些設備結構緊湊且用途廣泛。一塊大郵票大小的貼片只需一點點移動就可以產生 98V 的電壓。 TENG 的各種用途。在實際任務中，TENG 已經展現出了非凡的多功能性。在一項這樣的實驗中，技術驅動的降落傘傳感器在一個特殊的房間裡經受住了 100 次火星塵埃的撞擊。對於載人任務，編織成宇航服的基於氣凝膠的版本可以在宇航員跨過寬溫度範圍的跨步時產生 135V 輸出，並將生物識別數據無線反饋回基地。這些應用遠遠超出了電力的範圍。該團隊重點介紹了 3D 打印的“碰撞艙”和受貓爪啟發的機器人“摩擦皮膚”。這些使得自主爬行器能夠“感覺”穿過空間站桁架，識別小至 0.2 克的碎片撞擊。在軌道之外，經過北極測試的 TENG 浮標甚至成功地收集波浪能來驅動緊急信標。雖然前景廣闊，但向深空公用事業的過渡需要進一步開發抗輻射複合材料和人工智能輔助的數字雙胞胎。太空電力的未來可能在於將 TENG 與太陽能和熱電發電機相結合的混合架構，以確保為阿耳忒彌斯棲息地及其他地區提供持續供電。該技術綜述研究發表在《Nano-Micro Letters》雜誌上。
已发布: 2026-01-21 10:13:00
