湍流引起的振動會對飛機的結構完整性及飛行穩定性造成巨大威脅，尤其是在無人駕駛飛行器（UAV）中，實時的沖擊監測和輕質防護尤為重要。該研究基于生物啟發，通過3D 打印尼龍PA12 制備了一種扭轉-雙曲面超材料（THM），與兩種介電材料組成的摩擦電納米發電機（TENG）相結合，同時實現沖擊緩沖和自供電傳感的功能。這種 THM-TENG 保護裝置具有可調的剛度（40 至 4300 N/mm），能吸收約 70%的沖擊能量，并在重
量僅為 10 g（THM-TENG/30°）的情況下實現了約 0.25 J/g的特定能量吸收。該系統展現了卓越的自供電傳感性能，能夠在 5 Hz的頻率范圍內準確識別高達 1000 N 的動態沖擊載荷。在這里插入圖片描述

THM-TENG 保護器在不同負載振幅和頻率下的電學特性表明，其可以實現對沖擊力的實時監測。同時，使用全波整流橋，當手動以 2 Hz的頻率沖擊時，THM-TENG 可為 63 個發光二極管供電。此外，在 3 Hz和 70 N振幅的振動臺驅動下，THM-TENG 在約 270 s內將一個 100 uF的電容器充電至 3 V，隨后為一個墨屏計時器供電 5 s。這些結果突顯了 THM-TENG 在防護應用中作為自供電傳感和沖擊緩沖系統方面的潛力。與微控制器單元（MCU）、無線傳輸系統和報警模塊集成后，THM-TENG 防護系統被嵌入到無人機外殼中，展現了雙重功能：既能減輕振動，又能提供實時的力監測、定位和早期預警，且無需外部電源。這一創新為無人機的實時監測、機械保護和早期預警建立了一個多功能平臺，為航空航天應用中的先進結構健康管理鋪平了道路，但將其適配到復雜的無人機幾何形狀中仍非易事。未來的工作將側重于（i）開發在不規則區域內的超材料結構的設計方法，（ii）減少基于 TENG 的無人機傳感器中由氣流引起的信號噪聲，以及（iii）利用多通道自供電信號進行全局振動分析。