寺崎生物医学创新研究所 (TIBI) 的科学家采用人工智能技术改进了可穿戴纳米纤维声能收集器 (NAEH) 中使用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换为电能，然后可将其应用于有用的设备，例如助听器。

人们已经做出许多努力来从周围环境中获取自然产生的丰富能源。太阳能电池板和风力涡轮机等相对较新的技术进步使我们能够高效地从太阳和风中获取能量，将其转化为电能，并储存起来用于各种应用。同样，声能的转换也可见于扩音设备(如麦克风)以及用于个性化医疗保健的可穿戴柔性电子设备中。

目前，人们对使用压电纳米发电机(将机械振动、应力或应变转换为电能的设备)作为声能收集器非常感兴趣。这些纳米发电机可以将声波中的机械能转换为电能;然而，这种声波转换效率低下，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，选择最佳材料、结构设计和制造参数使得压电纳米发电机的生产具有挑战性。

正如他们在《纳米研究》杂志上发表的论文所述，TIBI 科学家应对这些挑战的方法有两个方面：首先，他们战略性地选择了材料，并选择使用聚氟乙烯 (PVDF) 来制造纳米纤维，这种材料以能够有效捕获声能而闻名。在制造纳米纤维混合物时，将聚氨酯 (PU) 添加到 PVDF 溶液中以赋予其柔韧性，并使用静电纺丝(一种生成超薄纤维的技术)来生产复合 PVDF/PU 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;这些参数包括施加的电压、静电纺丝时间和滚筒转速。利用这些技术，该团队可以调整参数值，以从其 PVDF/PU 纳米纤维中获得最大发电量。

为了制造纳米声能收集器，TIBI 科学家将 PVDF/PU 纳米纤维制成纳米纤维垫，并将其夹在用作电极的铝网层之间。然后，整个组件被两个柔性框架包裹。

在与传统制造的 NAEH 进行的测试中，发现 AI 生成的 PVDF/PU NAEH 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% vs 42%)。此外，AI 生成的 PVDF/PU NAEH 在使用各种低频声音进行测试时能够获得这些结果——远低于环境背景噪音的水平。这可以实现出色的声音识别和高分辨率区分单词的能力。

TIBI 总监兼首席执行官 Ali Khademhosseini 博士表示：“使用人工智能优化的模型(例如本文描述的模型)可以最大限度地减少反复试验的时间，并最大限度地提高成品的有效性。这可以对具有重大实用性的医疗器械的制造产生深远的影响。”