寺崎生物医学创新研究所(TIBI)的科学家们利用人工智能技术改进了用于可穿戴纳米纤维声波能量采集器(NAEH)的纳米纤维的设计和生产。这些声学设备从环境中捕获声能并将其转化为电能，然后将其应用于有用的设备，如助听器。

这项研究发表在《纳米研究》杂志上。

人们已经做出了许多努力，从我们周围的环境中获取自然发生的丰富能源。相对较新的进展，如太阳能电池板和风力涡轮机，使我们能够有效地从太阳和风能中获取能量，将其转化为电能，并将其储存起来以供各种应用。同样，在诸如麦克风之类的放大设备以及用于个性化医疗保健的可穿戴、柔性电子设备中可以看到声能的转换。

目前，人们对使用压电纳米发电机——一种将机械振动、应力或应变转化为电能的装置——作为声波能量收集器很感兴趣。这些纳米发电机可以将声波中的机械能转化为电能;然而，声波的这种转换是低效的，因为它主要发生在高频声音范围内，而大多数环境声波都在低频范围内。此外，选择最佳的材料、结构设计和制造参数使压电纳米发电机的生产具有挑战性。

正如他们在论文中所描述的那样，TIBI科学家应对这些挑战的方法是双重的:首先，他们策略性地选择材料，并选择使用聚乙烯氟(PVDF)制造纳米纤维，这种材料以其有效捕获声能的能力而闻名。在制作纳米纤维混合物时，将聚氨酯(PU)加入到PVDF溶液中以增加柔韧性，并使用静电纺丝(一种生产超薄纤维的技术)来生产PVDF/PU复合纳米纤维。

其次，该团队应用人工智能(AI)技术来确定静电纺丝PVDF/聚氨酯纳米纤维的最佳制造参数;这些参数包括施加电压、静电纺丝时间和滚筒转速。利用这些技术，研究小组可以调整参数值，以获得PVDF/PU纳米纤维的最大发电量。

为了制造他们的纳米声能量收集器，TIBI的科学家们将他们的PVDF/PU纳米纤维制成纳米纤维垫，并将其夹在作为电极的铝网层之间。整个组件由两个灵活的框架包裹。

在与传统制造的NAEHs的测试中，人工智能生成的PVDF/PU NAEHs具有更好的整体性能，功率密度水平高出2.5倍以上，能量转换效率显著提高(66%对42%)。

此外，人工智能生成的PVDF/PU naeh在广泛的低频声音范围内(在环境背景噪声水平内)进行测试时能够获得这些结果。这使得出色的声音识别和区分高分辨率单词的能力成为可能。

TIBI的董事兼首席执行官Ali Khademhosseini博士表示:“使用人工智能优化的模型，比如这里描述的模型，可以最大限度地减少在试验和错误上花费的时间，并最大限度地提高成品的有效性。”“这可能对制造具有重要实用性的医疗设备产生深远影响。”

该研究的作者包括Negar Hosseinzadeh Kouchehbaghi、Maryam Yousefzadeh、Aliakbar Gharehaghaji、Safoora Khosravi、daniel Khorsandi、Reihaneh Haghniaz、Ke Cao、Mehmet R. Dokmeci、Mohammad Rostami、Ali Khademhosseini和Yangzhi Zhu。

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