近日，兰州大学材料与能源学院研究团队开发出一种自供能、自校准环境监测系统，由不规则雨滴机械能驱动，可实时高精度监测环境温度和湿度等，测量误差低至1.0%。相关成果以“Self-powered and self-calibrated sensing system for real-time environmental monitoring”为题于2025年6月12日发表在国际权威期刊《Science Advances》（DOI: 10.1126/sciadv.adw3745），为自供能传感技术的实际应用迈出关键一步。

当前，环境监测系统多依赖电池供电，但电池更换困难，而能量管理导致传感系统间歇工作等问题限制了其在大范围分布式传感器部署中的应用；纳米发电机虽能通过降雨、风力等环境机械能实现自供能，但其输出电流的低能量密度和高度不规则性导致传感信号易被噪声淹没，难以直接用于实时监测。该研究提出并联校准电路设计，将不规则环境能量发电输出用于动态修正传感信号，成功构建了自供能、自校准环境监测系统（self-powered and self-calibrated environmental monitoring system, SSEMS，图1），提供了解决前述困难的一种可行策略。实验表明，SSEMS在降雨、瀑布等复杂环境下，温度监测误差低至1.0%，相对湿度误差小于2.0%，性能媲美商用恒压电源驱动的传感器。为验证实用性，研究团队在兰州大学校园内开展了自然降雨与瀑布环境下的环境温度、湿度监测，精准捕捉到凌晨降雨事件（温度骤降、湿度上升），数据与实际气象记录高度吻合 （图2）。在动态降雨过程中，SSEMS成功区分了中雨与小雨，并实时反映环境参数变化，误差低于1.8%。

图1. 自供能、自校准环境监测系统（SSEMS）的设计及工作原理

图2. SSEMS在瀑布和降雨驱动下的环境温度和相对湿度监测应用

该系统可广泛部署于偏远地区、森林、战场等复杂环境，用于生态保护、灾害预警及气象监测。研究团队成员刘书海表示：“该技术为不规则环境能量的高效利用提供了新思路，未来可结合太阳能、风能等多源供能，进一步拓展应用场景。”

该研究工作由兰州大学材料与能源学院博士研究生马俊（第一作者）、孙浩（共同第一作者）等合作完成，刘书海青年教授、温娟副教授和秦勇教授为本文通讯作者。研究得到国家自然科学基金（52102173、52472164）、甘肃省自然科学基金（23JRRA1101）和科技部国家重点研发计划项目（2021YFA1201602）的支持。

文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw3745