華盛頓大學(xué)研究出像蒲公英一樣傳播的微型傳感器

據(jù) MSPoweruser 報道，大自然永遠(yuǎn)是新技術(shù)創(chuàng)新的完美靈感來源，華盛頓大學(xué)團隊開發(fā)的項目再次證明了這一點。該小組對蒲公英如何通過它們的羽毛狀突起和風(fēng)傳播感到驚訝，決定將這種方法注入到農(nóng)場和森林等廣闊區(qū)域的無線傳感器分散中。

據(jù)該團隊稱，通過手動放置傳感器在廣闊的土地上進行環(huán)境狀況監(jiān)測可能需要幾個月的時間。然而，這將隨著微型傳感器系統(tǒng)的變化而改變，該系統(tǒng)被小心地放置在具有花瓣狀形狀的輕質(zhì)材料中。它們將通過無人機在空中釋放，風(fēng)將用來傳播它們。

“我們展示了可以使用現(xiàn)成的組件來創(chuàng)造微小的東西。原型建議可以使用無人機一次性釋放數(shù)千個此類設(shè)備。它們都會被風(fēng)帶走，基本上一次下落創(chuàng)建一個包含 1000臺設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，”資深作者、華盛頓大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院教授 Shyam Gollakota 說，“這對于部署傳感器領(lǐng)域來說是驚人的和變革性的，因為現(xiàn)在手動部署這么多傳感器可能需要幾個月的時間。”

盡管這些設(shè)備的功能很有前景，但它們存在一個挑戰(zhàn)：系統(tǒng)（每個設(shè)備至少可以容納四個傳感器）本身的重量大約是 1 毫克蒲公英種子的 30倍。有了這個，團隊必須為用作傳感器降落傘的材料找到完美的設(shè)計。他們需要一種能讓傳感器在被風(fēng)吹來時花更多時間漂浮在空中的設(shè)備。這將導(dǎo)致傳感器更廣泛地分散。

“蒲公英種子結(jié)構(gòu)的工作方式是它們有一個中心點，這些小刷毛伸出來減緩它們的下落。我們對其進行了 2D 投影，為我們的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建了基礎(chǔ)設(shè)計，”艾倫學(xué)院的主要作者和威斯康星大學(xué)助理教授 Vikram Iyer 說?！爱?dāng)我們增加重量時，刷毛開始向內(nèi)彎曲。我們添加了一個環(huán)形結(jié)構(gòu)以使其更加堅硬并占據(jù)更多區(qū)域以幫助減慢速度?！?/p>

該團隊一共測試了 75 種設(shè)計，找到其中一種后，他們制作了不同尺寸的設(shè)計。據(jù)研究人員稱，各種尺寸將使傳感器以不同的速度下降。

“這是在模仿生物學(xué)，其中變異實際上是特征，而不是 Bug，”共同作者和華盛頓大學(xué)生物學(xué)教授 Thomas Daniel 說?！爸参锊荒鼙ＷC他們今年生長的地方明年會很好，所以他們有一些種子可以傳播到更遠(yuǎn)的地方來對沖賭注?！?/p>

盡管尺寸有所不同，但該設(shè)計將確保系統(tǒng)在微風(fēng)的情況下可以達(dá)到 100米。放置后，這些設(shè)備可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到最遠(yuǎn) 60米的地方。

這種形狀還將幫助設(shè)備在 95%的時間內(nèi)直立著陸，這是必要的，因為它們使用太陽能電池板而不是電池。這意味著它們只會在白天工作，在沒有充足陽光或夜間的情況下停止工作。盡管如此，研究人員在系統(tǒng)構(gòu)建中加入了電容器，因此每個設(shè)備都可以在夜間存儲一些電荷。

“然后我們有了這個小電路，它可以測量我們儲存了多少能量，一旦太陽升起并且有更多能量進入，它將觸發(fā)系統(tǒng)的其余部分打開，因為它會感應(yīng)到超過了某個閾值，”Iyer 說。

由于沒有電池耗盡，系統(tǒng)可以持續(xù)很長時間，直到它被不同的元素物理破壞。不過，這仍然存在一個挑戰(zhàn)：它們會留在環(huán)境中的不可生物降解的電子產(chǎn)品。這促使團隊尋找更多方法來進一步開發(fā)該項目，以使其部件更具生物降解性、環(huán)保性和適應(yīng)性。

“這只是第一步，這就是為什么它如此令人興奮，”Iyer 說，“我們現(xiàn)在可以考慮許多其他方向——例如開發(fā)更大規(guī)模的部署，創(chuàng)建可以在墜落時改變形狀的設(shè)備，或者甚至增加一些移動性，以便設(shè)備一旦在地面上就可以移動以靠近我們感興趣的區(qū)域。”