華盛頓大學研究出像蒲公英一樣傳播的微型傳感器

據(jù) MSPoweruser 報道，大自然永遠是新技術創(chuàng)新的完美靈感來源，華盛頓大學團隊開發(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材料中。它們將通過無人機在空中釋放，風將用來傳播它們。

“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)千個此類設備。它們都會被風帶走，基本上一次下落創(chuàng)建一個包含 1000臺設備的網(wǎng)絡，”資深作者、華盛頓大學計算機科學與工程學院教授 Shyam Gollakota 說，“這對于部署傳感器領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?！?/p>

盡管這些設備的功能很有前景，但它們存在一個挑戰(zhàn)：系統(tǒng)（每個設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計。他們需要一種能讓傳感器在被風吹來時花更多時間漂浮在空中的設備。這將導致傳感器更廣泛地分散。

“蒲公英種子結構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，為我們的結構創(chuàng)建了基礎設計，”艾倫學院的主要作者和威斯康星大學助理教授 Vikram Iyer 說。“當我們增加重量時，刷毛開始向內(nèi)彎曲。我們添加了一個環(huán)形結構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 種設計，找到其中一種后，他們制作了不同尺寸的設計。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，其中變異實際上是特征，而不是 Bug，”共同作者和華盛頓大學生物學教授 Thomas Daniel 說。“植物不能保證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的地方來對沖賭注?！?/p>

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

這種形狀還將幫助設備在 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)構建中加入了電容器，因此每個設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備，或者甚至增加一些移動性，以便設備一旦在地面上就可以移動以靠近我們感興趣的區(qū)域。”