I've got a feeling Sensory (or afferent) nerves bring sensations of touch, pain, or temperature variation to the central nervous system and brain. Using the tools and materials of organic electronics, Kim et al. combined a pressure sensor, a ring oscillator, and an ion gel–gated transistor to form an artificial mechanoreceptor (see the Perspective by Bartolozzi). The combination allows for the sensing of multiple pressure inputs, which can be converted into a sensor signal and used to drive the motion of a cockroach leg in an oscillatory pattern. Science , this issue p. 998 ; see also p. 966

Triboelectric nanogenerator (TENG) technology based on contact electrification and electrostatic induction is an emerging new mechanical energy harvesting technology with numerous advantages. The current area power density of TENGs has reached 313 W/m2 and their volume energy density has reached 490 kW/m3. In this review, we systematically analyzed the theoretical system of triboelectric nanogenerators. Starting from the physics of TENGs, we thoroughly discussed their fundamental working principle and simulation method. Then the intrinsic output characteristics, load characteristics, and optimization strategy is in-depth discussed. TENGs have inherent capacitive behavior and their governing equation is their V–Q–x relationship. There are two capacitance formed between the tribo-charged dielectric surface and the two metal electrodes, respectively. The ratio of these two capacitances changes with the position of this dielectric surface, inducing electrons to transfer between the metal electrodes under short circuit conditions. This is the core working mechanism of triboelectric generators and different TENG fundamental modes can be classified based on the changing behavior of these two capacitances. Their first-order lumped-parameter equivalent circuit model is a voltage source in series with a capacitor. Their resistive load characteristics have a “three-working-region” behavior because of the impedance match mechanism. Besides, when TENGs are utilized to charge a capacitor with a bridge rectifier in multiple motion cycles, it is equivalent to utilizing a constant DC voltage source with an internal resistance to charge. The optimization techniques for all TENG fundamental modes are also discussed in detail. The theoretical system reviewed in this work provides a theoretical basis of TENGs and can be utilized as a guideline for TENG designers to continue improving TENG output performance.

For versatile mechanical energy harvesting from arbitrary moving objects such as humans, a new mode of triboelectric nanogenerator is developed based on the sliding of a freestanding triboelectric-layer between two stationary electrodes on the same plane. With two electrodes alternatively approached by the tribo-charges on the sliding layer, electricity is effectively generated due to electrostatic induction. A unique feature of this nanogenerator is that it can operate in non-contact sliding mode, which greatly increases the lifetime and the efficiency of such devices. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Abstract Triboelectric nanogenerators have been invented as a highly efficient, cost-effective and easy scalable energy-harvesting technology for converting ambient mechanical energy into electricity. Four basic working modes have been demonstrated, each of which has different designs to accommodate the corresponding mechanical triggering conditions. A common standard is thus required to quantify the performance of the triboelectric nanogenerators so that their outputs can be compared and evaluated. Here we report figure-of-merits for defining the performance of a triboelectric nanogenerator, which is composed of a structural figure-of-merit related to the structure and a material figure of merit that is the square of the surface charge density. The structural figure-of-merit is derived and simulated to compare the triboelectric nanogenerators with different configurations. A standard method is introduced to quantify the material figure-of-merit for a general surface. This study is likely to establish the standards for developing TENGs towards practical applications and industrialization.

Aiming at harvesting ambient mechanical energy for self-powered systems, triboelectric nanogenerators (TENGs) have been recently developed as a highly efficient, cost-effective and robust approach to generate electricity from mechanical movements and vibrations on the basis of the coupling between triboelectrification and electrostatic induction. However, all of the previously demonstrated TENGs are based on vertical separation of triboelectric-charged planes, which requires sophisticated device structures to ensure enough resilience for the charge separation, otherwise there is no output current. In this paper, we demonstrated a newly designed TENG based on an in-plane charge separation process using the relative sliding between two contacting surfaces. Using Polyamide 6,6 (Nylon) and polytetrafluoroethylene (PTFE) films with surface etched nanowires, the two polymers at the opposite ends of the triboelectric series, the newly invented TENG produces an open-circuit voltage up to ∼1300 V and a short-circuit current density of 4.1 mA/m2 with a peak power density of 5.3 W/m2, which can be used as a direct power source for instantaneously driving hundreds of serially connected light-emitting diodes (LEDs). The working principle and the relationships between electrical outputs and the sliding motion are fully elaborated and systematically studied, providing a new mode of TENGs with diverse applications. Compared to the existing vertical-touching based TENGs, this planar-sliding TENG has a high efficiency, easy fabrication, and suitability for many types of mechanical triggering. Furthermore, with the relationship between the electrical output and the sliding motion being calibrated, the sliding-based TENG could potentially be used as a self-powered displacement/speed/acceleration sensor.

The triboelectric nanogenerator (TENG) is a powerful approach toward new energy technology, especially for portable electronics. A theoretical model for the sliding‐mode TENG is presented in this work. The finite element method was utilized to characterize the distributions of electric potential, electric field, and charges on the metal electrodes of the TENG. Based on the FEM calculation, the semi‐analytical results from the interpolation method and the analytical V‐Q‐x relationship are built to study the sliding‐mode TENG. The analytical V‐Q‐x equation is validated through comparison with the semi‐analytical results. Furthermore, based on the analytical V‐Q‐x equation, dynamic output performance of sliding‐mode TENG is calculated with arbitrary load resistance, and good agreement with experimental data is achieved. The theory presented here is a milestone work for in‐depth understanding of the working mechanism of the sliding‐mode TENG, and provides a theoretical basis for further enhancement of the sliding‐mode TENG for both energy scavenging and self‐powered sensor applications.