森林是個植物發(fā)電廠

段奇清

千百年來，森林火災(zāi)問題一直困擾著人類。

為了對森林火災(zāi)進(jìn)行防控，不久前，有專家開始利用無線電傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對森林的氣候以及相關(guān)情況進(jìn)行預(yù)測。為傳感網(wǎng)絡(luò)供電的不是普通的電能，而是比較安全的太陽能。

然而，有一天森林大火還是發(fā)生了，而且火災(zāi)發(fā)生之前，無線電傳感網(wǎng)絡(luò)一點(diǎn)顯示也沒有。這又是怎么一回事呢？原來，太陽能在森林無線電傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，也有一個致命的缺陷，這就是森林中的落葉很快就堆積得很厚，嚴(yán)重影響了太陽能設(shè)備對陽光的接受。要解決這一問題，唯一的辦法就是用人工不停地清掃這些植被。那天由于疏忽，工作人員清掃不及時，電能不足使得無線電傳感網(wǎng)絡(luò)運(yùn)轉(zhuǎn)停止。

美國麻省理工學(xué)院教授梅辛對這件事開始關(guān)注，他想，有沒有更好的能源代替太陽能呢？每棵樹都應(yīng)該是有電的，能不能就地取材利用樹木發(fā)電呢？這一想法讓他感到非常興奮，他立即著手進(jìn)行研究。

不久，他的猜想被驗(yàn)證：由于樹木每時每刻都在新陳代謝，這導(dǎo)致樹根處的土壤和附近土壤的pH值有所差異。帶電離子會在附近土壤和根部土壤之間不斷流動，這樣就產(chǎn)生了一種固定的pH值差異，從而能驅(qū)動任何蓄能裝置來采集電力。

由于楓樹有著肥碩的葉子，新陳代謝會更快，梅辛的首選就是楓樹。將電極插入楓樹后，森林無線電傳感網(wǎng)絡(luò)從此就有了新能源。而且沒多久，利用大樹根部及附近土壤pH值的差異發(fā)電的技術(shù)就開始服務(wù)于美國林業(yè)局。

可梅辛并沒有停步，因?yàn)闃淠居兄鄠€側(cè)面，各個側(cè)面從來都不是靜止的，不靜止就會有差異，只要有差異就能產(chǎn)生能量。他想，要是利用樹木發(fā)電來作為路燈的電能，森林也就更為安全了。

于是，梅辛帶著幾名助手，攜帶了一堆發(fā)光二極管和其他一些電子元件，長年累月在森林中鼓搗。他真的又有了新的發(fā)現(xiàn)，譬如：刮風(fēng)時，樹葉隨風(fēng)擺動，會產(chǎn)生動能，也就可以利用動能發(fā)電；暴露在外的樹葉和樹枝每天都在不斷蒸騰，溫度比埋在土壤里的根部要低好幾攝氏度，這樣就可利用溫差發(fā)電……

樹木渾身是電，不過，又有一個問題擺在了梅辛的面前，這就是無線電傳感網(wǎng)絡(luò)的用電是微量的，而路燈的電量會是它的數(shù)百上千倍。因?yàn)樗褱y量過，就是電能最多的楓樹平均也不過是0.2伏的電壓，而一般樹的電壓低至0.02伏，這樣的電能是無法給常規(guī)的電池充電的。

可不可以利用某種電子器件，來增加大樹的電壓呢？結(jié)果是，所有的電子器件，比如變壓器等，都不能使用。因?yàn)檫@些電子器件本身耗能太大，大樹的那點(diǎn)電能幾乎被電子器件消耗殆盡，根本不可能產(chǎn)生路燈所需的電。

不久后，奇跡出現(xiàn)了。一天，梅辛將一根電線掛在樹上，電源一接上，璀璨的電光就晃得人睜不開眼。原來，他已主導(dǎo)開發(fā)出了“納米級超低功耗能源采集器”和每隔幾秒鐘被喚醒一次的“毫微瓦級時鐘電路”。

采集器工作時的能耗只有10納瓦，也就是10億分之一瓦；而用來調(diào)節(jié)大樹發(fā)電時間的“時鐘電路”，休眠模式下功耗只有1納瓦，被喚醒時只需要0.35伏的電壓。有了它們，一般大樹的電壓立即從0.02伏驟升至1.1伏，幾乎相當(dāng)于一節(jié)五號電池。大樹增壓的問題就這樣被奇妙地解決了。

由于有了創(chuàng)下“電子元件功耗最低紀(jì)錄”的這兩樣寶貝，不僅使得利用大樹發(fā)電作為路燈的電能成為現(xiàn)實(shí)，而且梅辛還對無線電傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改進(jìn)。這就是：每英畝只需選擇4棵大樹安裝傳感器，安裝了傳感器的大樹也就變成了一塊電池。這種新的超低功耗傳感器，能夠通過任何樹木發(fā)送傳感數(shù)據(jù)，傳感數(shù)據(jù)會從一個節(jié)點(diǎn)傳輸至另一個節(jié)點(diǎn)，直至抵達(dá)一個地區(qū)的氣象站，氣象站把來自各棵樹上傳感器讀數(shù)通過中繼發(fā)給中央火災(zāi)預(yù)測計(jì)算機(jī)。由此，無線電傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)又有了一個質(zhì)的飛躍。

如今，梅辛與華盛頓大學(xué)電氣工程師巴巴克·帕維茲,除了利用樹木發(fā)電外，還嘗試用其他植物發(fā)電。目前他們已獲得了一些基本數(shù)據(jù)，比如說，馬鈴薯的電流是0.3毫安，橘子則是0.7毫安，而西紅柿的電流有1毫安。他們要打造出一種最安全、最清潔的電能，造福于人類。