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2022-03-21 09:14:43
華盛頓大學研究人員開發出能像蒲公英一樣“傳播”的微小傳感器
2022-03-21 09:14:43 來源: cnBeta.COM
大自然總是新技術創新的完美靈感，而華盛頓大學的一個團隊開發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白色絨球和風傳播種子感到驚訝，決定在農場和森林等廣大地區的無線傳感器的分散中注入這種方法。
據該小組稱，通過手動放置傳感器在廣闊的土地上進行環境狀況監測可能需要幾個月。然而，這種情況將隨著微小的傳感器系統的出現而改變，該系統被精心放置在具有花瓣狀形態的輕質材料中。它們將通過無人機在空中釋放，風將完成傳播它們的工作。
“我們的研究表明，你可以使用現成的組件來創造微小的東西。我們的原型表明，你可以使用無人機在一次投放中釋放數以千計的這些設備。它們都會被風帶得有些不同，基本上你可以用這一滴水創建一個1000個設備的網絡，”高級作者Shyam Gollakota說，他是華盛頓大學Paul G. Allen計算機科學與工程學院的教授。“這對部署傳感器的領域來說是驚人的和變革性的，因為現在手動部署這么多傳感器可能需要幾個月。”
盡管這些設備的能力很有希望，但它們也有一個挑戰：系統的重量（每個設備至少可以容納四個傳感器）本身大約是1毫克蒲公英種子的30倍。有了這個，該團隊必須為作為傳感器降落傘的材料找到完美的設計。他們需要的是能讓傳感器在被風吹動時花更多時間漂浮在空中的那種。這將導致傳感器更廣泛的散布。
“蒲公英種子結構的工作方式是，它們有一個中心點和這些伸出來的小剛毛來減緩它們的下落。我們用二維投影來創建我們結構的基礎設計，”主要作者、華盛頓大學艾倫學院助理教授維Vikram Iyer說。“隨著我們增加重量，我們的刷子開始向內彎曲。我們增加了一個環形結構，使其更加堅硬，并占用更多的面積，以幫助減緩它。”
該團隊總共測試了75種設計，找到后，他們以不同的尺寸生產了這些設計。根據研究人員的說法，各種尺寸將讓傳感器以不同的速度下落。
“這是在模仿生物學，其中變異實際上是一個特點，而不是一個錯誤，”共同作者、華盛頓大學生物學教授Thomas Daniel說。“植物不能保證它們今年生長的地方明年會很好，所以它們有一些可以走得更遠的種子來保值。”
盡管大小不一，但該設計將確保該系統在適度的微風下可以達到100米。一旦放置，這些設備可以將數據發送到60米以外。
這種形狀也將有助于設備在95%的時間內直立著陸，這是需要的，因為它們使用太陽能電池板而不是電池。這意味著它們只能在白天工作，在沒有充足的陽光或夜晚的時候就會停止。盡管如此，研究人員在系統的構建中加入了一個電容器，因此每個設備可以在一夜之間儲存一些電荷。
Iyer說：“然后我們有一個小電路，它將測量我們儲存了多少能量，一旦太陽升起，有更多的能量進入，它將觸發系統的其他部分打開，因為它感覺到它超過了某個閾值。”
據悉，這個可持續的系統可以持續很長時間，直到它被不同的元素物理破壞。不過，它仍然有一個挑戰：它們會在環境中留下不可生物降解的電子產品。這促使該團隊找到更多的方法來進一步發展該項目，使其部件更容易被生物降解，對環境友好，并具有適應性。
“這只是第一步，這就是為什么它如此令人興奮，”Iyer說。“我們現在還有很多其他的方向--比如開發更大規模的部署，創造出可以在下落時改變形狀的設備，或者甚至添加一些更多的移動性，使設備在落地后可以四處移動，以接近我們好奇的區域。”
來源：cnBeta.COM
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