华盛顿大学研究出像蒲公英一样传播的微型传感器

 

据 MSPoweruser 报道，大自然永远是新技术创新的完美灵感来源，华盛顿大学团队开发的项目再次证明了这一点。该小组对蒲公英如何通过它们的羽毛状突起和风传播感到惊讶，决定将这种方法注入到农场和森林等广阔区域的无线传感器分散中。
 

据该团队称，通过手动放置传感器在广阔的土地上进行环境状况监测可能需要几个月的时间。然而，这将随着微型传感器系统的变化而改变，该系统被小心地放置在具有花瓣状形状的轻质材料中。它们将通过无人机在空中释放，风将用来传播它们。

“我们展示了可以使用现成的组件来创造微小的东西。原型建议可以使用无人机一次性释放数千个此类设备。它们都会被风带走，基本上一次下落创建一个包含 1000 台设备的网络，”资深作者、华盛顿大学计算机科学与工程学院教授 Shyam Gollakota 说，“这对于部署传感器领域来说是惊人的和变革性的，因为现在手动部署这么多传感器可能需要几个月的时间。”

尽管这些设备的功能很有前景，但它们存在一个挑战：系统（每个设备至少可以容纳四个传感器）本身的重量大约是 1 毫克蒲公英种子的 30 倍。有了这个，团队必须为用作传感器降落伞的材料找到完美的设计。他们需要一种能让传感器在被风吹来时花更多时间漂浮在空中的设备。这将导致传感器更广泛地分散。

“蒲公英种子结构的工作方式是它们有一个中心点，这些小刷毛伸出来减缓它们的下落。我们对其进行了 2D 投影，为我们的结构创建了基础设计，”艾伦学院的主要作者和威斯康星大学助理教授 Vikram Iyer 说。 “当我们增加重量时，刷毛开始向内弯曲。我们添加了一个环形结构以使其更加坚硬并占据更多区域以帮助减慢速度。”

该团队一共测试了 75 种设计，找到其中一种后，他们制作了不同尺寸的设计。据研究人员称，各种尺寸将使传感器以不同的速度下降。

“这是在模仿生物学，其中变异实际上是特征，而不是 Bug，”共同作者和华盛顿大学生物学教授 Thomas Daniel 说。 “植物不能保证他们今年生长的地方明年会很好，所以他们有一些种子可以传播到更远的地方来对冲赌注。”

尽管尺寸有所不同，但该设计将确保系统在微风的情况下可以达到 100 米。放置后，这些设备可以将数据发送到最远 60 米的地方。

这种形状还将帮助设备在 95% 的时间内直立着陆，这是必要的，因为它们使用太阳能电池板而不是电池。这意味着它们只会在白天工作，在没有充足阳光或夜间的情况下停止工作。尽管如此，研究人员在系统构建中加入了电容器，因此每个设备都可以在夜间存储一些电荷。

“然后我们有了这个小电路，它可以测量我们储存了多少能量，一旦太阳升起并且有更多能量进入，它将触发系统的其余部分打开，因为它会感应到超过了某个阈值，”Iyer 说。

由于没有电池耗尽，系统可以持续很长时间，直到它被不同的元素物理破坏。不过，这仍然存在一个挑战：它们会留在环境中的不可生物降解的电子产品。这促使团队寻找更多方法来进一步开发该项目，以使其部件更具生物降解性、环保性和适应性。

“这只是第一步，这就是为什么它如此令人兴奋，”Iyer 说， “我们现在可以考虑许多其他方向 —— 例如开发更大规模的部署，创建可以在坠落时改变形状的设备，或者甚至增加一些移动性，以便设备一旦在地面上就可以移动以靠近我们感兴趣的区域。”