随着物联网(IoTs)时代的到来,发展大规模多功能传感系统显得尤为重要。由于这些传感器不仅分布范围广并且具有移动性,因此需要寻找分布式能源为其供能,这可以通过太阳能,热能,风能还机械振动能等来实现。王中林院士研究团队在2012年发明用于收集机械能的摩擦发电机是新时代能源的最佳选择之一,因为摩擦起电一种普遍且无处不在的现象。本论文基于摩擦发电原理,在自供能高压驱动器和柔性传感器件两个方面进行了研究与探讨。主要研究要点如下:(1)静电吸附通常使用外部电源供能产生吸附力,常用在机器人和材料搬运领域。在本研究中,我们提出了一种使用增强型摩擦发电机(TENG)为静电吸盘提供电能的自供能静电吸附系统。通过引入电荷补充通道,TENG的开路电压可以显著提升10倍以上,单个TENG单元的开路电压可从230V左右增加至3300V以上,如此高压可以为静电吸盘供能并产生足够实际应用的电吸附力。电荷补充通道通过对耗散电荷的补充作用,使TENG电极维持最佳的电荷分布状态,在给定的表面电荷密度和器件配置下实现最高的开路电压。这种自供能静电吸附系统能够简单直接操控各种材料,展现出在材料搬运和机器人领域的巨大应用潜能。此外,电荷补充通道增大电压的机制同样可以拓展到其他模式的TENG,为需求高压的各种应用提供可靠的电能。(2)在人机交互中,用于机械手的触觉传感器应当如同人类皮肤一样既能探测正压力又能探测切向力。在本研究中,基于接触分离式摩擦发电机,我们制造了一种柔性仿生传感器,可以同时测量正压力和剪切力。首先,通过对天鹅绒竹芋叶子表面微结构进行直接复制,避免了复杂的微纳加工过程。其次,将这种微结构同时用于发电机的两个摩擦层形成互锁结构,实现正压力和剪切力的探测。再次,在负摩擦层表面通过蒸镀和感应耦合等离子体刻蚀的方法制造了聚四氟乙烯微毛,传感器的灵敏度得到了较大的提高。最后,将这种仿生传感器应用于机械手,实现了对机械手表面压力和指关节弯曲程度的感知等。