近几十年来，随着城市化进程的不断加快，建筑物数量急剧增加，如何保障建筑物在全生命周期内的安全成为社会关注的重要课题。其中，建筑物的历史形变信息被视为评估结构安全性的重要指标。然而，现有监测系统难以实现实时、全覆盖的形变监控，大多数中小型建筑仍依赖定时或抽样检测。这种方式存在滞后性和随机性，难以及时预警潜在风险。因此，开发一套能够实现实时、全覆盖的建筑形变监测系统，已成为迫切需求。该系统不仅需要具备自驱动特性，还应能在长时间内稳定运行，但目前的器件难以同时满足这些条件。

近日，清华大学深圳国际研究生院刘碧录教授团队和丁文伯副教授团队以及合作者在这一领域取得进展，研发出一种全自驱动建筑形变感存算一体系统。该系统利用摩擦电器件将建筑形变信号转化为电信号，并直接驱动二维忆阻器单元，实现了传感、计算与存储的一体化。

研究团队设计了折纸结构的摩擦电传感器，并采用二维蛭石作为忆阻器的核心材料，实现了将摩擦电输出直接用于忆阻器驱动，显著降低了电路复杂度。在这一系统中，摩擦电单元既能感知建筑形变，又能为忆阻器件提供能量。忆阻器则负责计算与存储信号，随后通过无线传输技术将结果发送至移动终端，实现全自驱动、远程化的实时建筑形变监控。测试结果表明，该系统可稳定运行超过10万次，展现出年量级的器件稳定性，可满足建筑的长期安全监测需求，系统服役周期可长达十年。这一技术不仅为建筑物的安全管理提供了全新思路和技术路径，也为能源自驱动型智能传感与存算一体化系统的拓展应用奠定了基础。

建筑形变监控的感存算一体系统

相关成果近日以“基于二维材料的折纸式自供能近传感计算系统用于形变监测”（Origami self-powered near-sensor computing system using 2D materials for deformation monitoring）为题发表在《器件》（Device）上。刘碧录、丁文伯和中国科学院先进技术研究院成会明教授为本文通讯作者，清华大学深圳国际研究生院助理研究员张荣杰及2022级博士生徐庆昊为论文第一作者。该研究得到了国家基金委、国家重点研发计划、广东省创新创业团队项目、深圳市科创局等部门的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100933

文：张荣杰

编辑：叶思佳

审核：林洲璐