仿蒲公英種子的微型無電池傳感裝置可隨風飄浮

受蒲公英利用風來傳播種子的啟發(fā)，美國研究團隊開發(fā)了一種微型傳感器便攜裝置，當它向地面翻滾時可被風吹走。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載電子設備供電，并且可共享最遠60 米外的傳感器數(shù)據。

該傳感裝置的重量約為1 毫克蒲公英種子的30 倍，經由無人機釋放后，可在微風中行進100 米，大約相當于足球場的長度。

“你可使用無人機一次性釋放數(shù)千個這樣的裝置，它們都會被風吹走。”論文資深作者、華盛頓大學計算機科學與工程學院教授冼穆·高拉克塔說，這對于傳感器部署來說是驚人和變革性的，因為現(xiàn)在手動部署這么多傳感器可能需要幾個月的時間。

由于這些裝置上負載有電子設備，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，這樣它就可被微風搖晃。研究人員測試了75 種設計，以確定什么會導致最小的“終端速度”或裝置在空中落下時的最大速度。

蒲公英種子結構的工作方式是它們有一個中心點，絨毛伸出來減緩它們的下落。研究人員對其進行了二維投影，為裝置結構創(chuàng)建了基礎設計。當增加重量時，裝置的刷毛開始向內彎曲。然后，研究人員添加了一個環(huán)形結構，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，研究團隊使用太陽能電池板而不是笨重的電池來為電子設備供電。這些設備在95%的時間里都能直立著陸，它們的形狀和結構使它們能夠像蒲公英種子一樣以始終直立的方向翻轉和掉落。

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?shù)诙煸缟咸柹饡r，系統(tǒng)需要一點能量才能啟動。研究團隊設計的電子設備包括一個電容器，這種設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，在日落關閉時發(fā)送數(shù)據。第二天早上，當這些裝置重新啟動時，數(shù)據收集就恢復了。

所謂無電池裝置，其實是使用太陽能電池板為其電子設備供電，而除了上文所述優(yōu)點，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，那就是電子產品會分散在系統(tǒng)中，未來徹底廢棄后的降解是個難題。不過據說研究人員正在努力克服這一問題。