仿蒲公英種子的微型無電池傳感裝置可隨風(fēng)飄浮

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)。

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)千個這樣的裝置，它們都會被風(fēng)吹走?！闭撐馁Y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)在手動部署這么多傳感器可能需要幾個月的時(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)間里都能直立著陸，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。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的電子設(shè)備包括一個電容器，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)這些裝置重新啟動時(shí)，數(shù)據(jù)收集就恢復(fù)了。

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，而除了上文所述優(yōu)點(diǎn)，這一系統(tǒng)還有個巨大優(yōu)勢，就是整個裝置上沒有任何模塊會耗盡電量，裝置可以一直運(yùn)行，直到發(fā)生無法挽回的物理故障而廢掉。不過該系統(tǒng)也有缺點(diǎn)，那就是電子產(chǎn)品會分散在系統(tǒng)中，未來徹底廢棄后的降解是個難題。不過據(jù)說研究人員正在努力克服這一問題。