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微型無電池傳感裝置可隨風(fēng)飄浮

2022-03-18 08:50:42 科技日報(bào)   作者: 張夢然  

受蒲公英利用風(fēng)來傳播種子的啟發(fā),美國研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種微型傳感器便攜裝置,當(dāng)它向地面翻滾時(shí)可被風(fēng)吹走。一旦落地,該裝置至少可容納4個(gè)傳感器,使用太陽能電池板為其負(fù)載電子設(shè)備供電,并且可共享最遠(yuǎn)60米外的傳感器數(shù)據(jù)。研究成果發(fā)表在16日《自然》雜志上。

該傳感裝置的重量約為1毫克蒲公英種子的30倍,經(jīng)由無人機(jī)釋放后,可在微風(fēng)中行進(jìn)100米,大約相當(dāng)于足球場的長度。

“你可使用無人機(jī)一次性釋放數(shù)千個(gè)這樣的裝置,它們都會(huì)被風(fēng)吹走。”論文資深作者、華盛頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院教授冼穆·高拉克塔說,這對于傳感器部署來說是驚人和變革性的,因?yàn)楝F(xiàn)在手動(dòng)部署這么多傳感器可能需要幾個(gè)月的時(shí)間。

由于這些裝置上負(fù)載有電子設(shè)備,因此要使整個(gè)系統(tǒng)像真正的蒲公英種子一樣輕,是具有挑戰(zhàn)性的。研究人員開發(fā)出一種形狀,使系統(tǒng)能慢慢地落到地上,這樣它就可被微風(fēng)搖晃。研究人員測試了75種設(shè)計(jì),以確定什么會(huì)導(dǎo)致最小的“終端速度”或裝置在空中落下時(shí)的最大速度。

蒲公英種子結(jié)構(gòu)的工作方式是它們有一個(gè)中心點(diǎn),絨毛伸出來減緩它們的下落。研究人員對其進(jìn)行了二維投影,為裝置結(jié)構(gòu)創(chuàng)建了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。當(dāng)增加重量時(shí),裝置的刷毛開始向內(nèi)彎曲。然后,研究人員添加了一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu),使其更硬,并占用更多的面積來幫助減慢它的速度。

為了保持輕盈,研究團(tuán)隊(duì)使用太陽能電池板而不是笨重的電池來為電子設(shè)備供電。這些設(shè)備在95%的時(shí)間里太陽能電池板都直立著陸。它們的形狀和結(jié)構(gòu)使它們能夠像蒲公英種子一樣以始終直立的方向翻轉(zhuǎn)和掉落。

然而,如果沒有電池,系統(tǒng)就無法存儲電量,這意味著太陽下山后,傳感器就會(huì)停止工作。當(dāng)?shù)诙煸缟咸柹饡r(shí),系統(tǒng)需要一點(diǎn)能量才能啟動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的電子設(shè)備包括一個(gè)電容器,這種設(shè)備可在夜間儲存一些電荷。

傳感裝置使用反向散射(一種通過反射傳輸信號來發(fā)送信息的方法)將傳感器數(shù)據(jù)無線發(fā)送回研究人員。裝置可測量溫度、濕度、壓力和光,在日落關(guān)閉時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。第二天早上,當(dāng)這些裝置重新啟動(dòng)時(shí),數(shù)據(jù)收集就恢復(fù)了。

總編輯圈點(diǎn)

所謂無電池裝置,其實(shí)是使用太陽能電池板為其電子設(shè)備供電,而除了文中所述優(yōu)點(diǎn),這一系統(tǒng)還有個(gè)巨大好處,就是整個(gè)裝置上沒有任何東西會(huì)耗盡電量,裝置可以一直運(yùn)行,直到發(fā)生無法挽回的物理故障直接廢掉。不過它也有缺點(diǎn),那就是電子產(chǎn)品會(huì)分散在系統(tǒng)中,未來徹底廢棄后的降解是個(gè)難題。不過據(jù)說研究人員正在努力克服這一問題。




責(zé)任編輯: 李穎

標(biāo)簽:微型無電池傳感裝置,太陽能電池板

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